التحفيز الثالامي الأمامي يحسن الأحكام الدقيقة للذاكرة العاملة

للمزيد من المعلومات:ali.ma@wecistanche.com

نبذة مختصرة

الخلفية: تم اقتراح النواة الأمامية للمهاد (ANT) كنظام حصين ممتد. تم إثبات ارتباط دارة الأنف والحنجرة والحصين على نطاق واسع بوظيفة الذاكرة. يمكن أن تؤدي كل من الآفات إلى كل منطقة وتعطيل تدفق المعلومات بين المناطق إلى ضعف الذاكرة العاملة. ومع ذلك ، لا يزال دور هذه الدائرة في دقة الذاكرة العاملة غير معروف.

الهدف: لاختبار دور المسار المهاد الأمامي الحصين في دقة الذاكرة العاملة ، قدمنا ​​تحفيزًا كهربائيًا داخل الجمجمة إلى ANT. نفترض أن تحفيز ANT يمكن أن يحسن دقة الذاكرة العاملة.

الطريقة: تم تجنيد مرضى الصرع قبل الجراحة مع أقطاب كهربائية عميقة في ANT والحصين لأداء مهمة الذاكرة العاملة لاسترجاع الألوان. تم توجيه المشاركين للإشارة إلى اللون الذي كان من المفترض أن يتذكروه من خلال النقر فوق نقطة على عجلة الألوان ، بينما تم تسجيل بيانات مخطط كهربية الدماغ داخل الجمجمة بشكل متزامن. لنصف التجارب التي تم اختيارها عشوائيًا ، تم تسليم تحفيز كهربائي ثنائي القطب إلى أقطاب ANT.

النتائج: وجدنا أنه بالمقارنة مع التجارب غير المحفزة ، فإن الأحكام الدقيقة للذاكرة العاملة قد تحسنت بشكل ملحوظ في تجارب التحفيز. أدى التحفيز الكهربائي لـ ANT إلى زيادة ملحوظة في القوة الطيفية لتذبذبات جاما (30e100 هرتز) وانخفاض التفريغ الصرعي (IED) في الحصين. علاوة على ذلك ، تنبأت قوة جاما المتزايدة خلال فترة ما قبل التحفيز والاسترجاع بتحسين أحكام دقة الذاكرة العاملة.

الخلاصة: يمكن للتحفيز الكهربائي لـ ANT تحسين الأحكام الدقيقة للذاكرة العاملة وتعديل نشاط جاما الحصين ، مما يوفر دليلًا مباشرًا على دور المحور المهاد الأمامي للحصين البشري في دقة الذاكرة العاملة.

مقدمة

الذاكرة العاملة هي وظيفة معرفية مهمة [1] في دعم الكثير من السلوكيات اليومية بما في ذلك التعلم [2] واتخاذ القرار [3] وفهم اللغة [4]. تشير الدراسات الحديثة إلى أن الحُصين كان متورطًا في الذاكرة العاملة [5e8]. وفقًا لنموذج المخزن المؤقت لتعدد الإرسال ، يتم تمثيل محتويات الذاكرة العاملة بواسطة التجميعات العصبية المتزامنة في تذبذبات جاما المقفلة على مراحل محددة من التذبذبات منخفضة التردد [9e11]. تمشيا مع هذا ، وجدت العديد من الدراسات زيادة نشاط غاما الحصين مع حمل الذاكرة العاملة [6،7] وازدواج ثيتا-جاما البارز في الحُصين عندما يتم الاحتفاظ بالعناصر المتعددة [5]. ذكرت دراسة على القوارض أن الذاكرة العاملة الناجحة كانت مرتبطة بتذبذبات غاما المتزامنة داخل تكوين الحصين [8]. علاوة على ذلك ، كشفت دراسة تخطيط كهربية الدماغ داخل الجمجمة أن قوة جاما الحصينية أثناء استرجاع الذاكرة كانت تنبؤية لدقة الذاكرة [12].

انقر لمعرفة فوائد tubulosa والآثار الجانبية للذاكرة

من خلال الروابط الكثيفة والمتبادلة مع الحصين [13e15] ، واشتراكه في الوظيفة الإدراكية [15e17] ، تم اقتراح النواة الأمامية للمهاد (ANT) كنظام موسع للحصين [18e20]. وجدت دراسة على القوارض أن تعطيل تدفق المعلومات بين الحصين و ANT يضعف أداء الذاكرة العاملة المكانية [21]. يمكن أن يؤدي التحفيز الكهربائي الموجه مباشرة إلى الحُصين إلى تعطيل أداء الذاكرة [22 ، 23]. بالنظر إلى الدليل على أن تحفيز عقدة حرجة داخل شبكة وظيفية قد يعدل وظيفة الشبكة [24] ، فإن استهداف الإسقاطات الواردة من الحصين قد يكون استراتيجية أكثر فاعلية لدفع بنية المصب من أجل تعديل أداء الذاكرة [25]. وبالتالي ، من الممكن تعديل أداء الذاكرة العاملة عن طريق تحفيز ANT كهربائيًا.

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، ليانغ وانغ أ ، ب ، *

مختبر CAS الرئيسي للصحة العقلية ، معهد علم النفس ، بكين ، الصين ب قسم علم النفس ، جامعة الأكاديمية الصينية للعلوم ، بكين ، الصين ج معهد بكين لجراحة الأعصاب الوظيفية ، مستشفى Xuanwu ، جامعة العاصمة الطبية ، بكين ، الصين د الصرع الشامل مركز بكين ، مختبر بكين الرئيسي للتعديل العصبي ، قسم طب الأعصاب ، مستشفى Xuanwu ، جامعة العاصمة الطبية ، بكين ، الصين

كانت الدراسة الحالية لفحص ما إذا كان التحفيز الكهربائي المباشر لـ ANT يمكن أن يعدل دقة الذاكرة العاملة. تم إجراء نموذج استدعاء الألوان الكلاسيكي [26،27] بواسطة مرضى الصرع المقاومين للأدوية بزرع أقطاب كهربائية للعمق ، بينما تم تسليم التحفيز الكهربائي ثنائي القطب إلى أقطاب ANT لنصف التجارب. بالنظر إلى الدليل على أن الوصلات الوظيفية والتشريحية الواسعة بين الحُصين و ANT والحُصين تلعب أدوارًا مهمة في الذاكرة العاملة ، افترضنا أن التحفيز الكهربائي لـ ANT قد يحسن الأحكام الدقيقة للذاكرة العاملة.

المواد والأساليب

مشاركون

تم تجنيد ثمانية مرضى يعانون من صرع الفص الصدغي المقاوم طبيًا والذين قاموا بزرع أقطاب كهربية الدماغ المجسمة (SEEG) لتحديد المناطق المسببة للصرع في مستشفى Xuanwu في الدراسة الحالية. تم عرض المعلومات الديموغرافية لكل مريض في الجدول 1. أفاد جميع المرضى بأن حدة البصر طبيعية أو مصححة إلى طبيعية ورؤية الألوان الطبيعية. تم الحصول على الموافقة المستنيرة من جميع المواد الدراسية وتمت الموافقة على إجراءات الدراسة من قبل اللجنة الأخلاقية لمستشفى Xuanwu ، جامعة العاصمة الطبية.

توطين القطب

تم تسجيل التصوير المقطعي المحوسب بعد الجراحة في التصوير بالرنين المغناطيسي قبل الجراحة باستخدام FreeSurfer Software Suite [28] (http: //surfer.nmr.mgh. harvard.edu) ومكتبة برامج FMRIB [29]. تمت إعادة بناء الأقطاب الكهربائية المزروعة باستخدام برنامج التعريب التجسيمي [30]. ثم تم تعيين جميع الأقطاب الكهربائية على مساحة MNI قياسية. تم تصور جميع جهات اتصال الحصين (56 جهة اتصال من 8 مرضى ، دوائر حمراء) في مساحة MNI باستخدام عارض BrainNet [31].

التسجيلات الكهربية والمعالجة المسبقة للبيانات

تم تسجيل بيانات EEG داخل الجمجمة بواسطة نظام تسجيل Blackrock Neuroport أثناء التجربة ، بمعدل عينة عند 2000 هرتز. تم تحديد فترات القطع الأثرية عن طريق الفحص البصري ورفضت من الإشارات الأولية. تم استخدام إعادة المرجع ثنائي القطب لتقليل التوصيل الحجمي بالإضافة إلى التفاعلات المربكة بين جهات الاتصال المجاورة. تم تقسيم البيانات الناتجة إلى فترات مرتبطة بالحدث لمزيد من التحليل.

التحفيز الكهربائي

تم تسليم التحفيز الكهربائي بشكل إضافي من خلال محفز خارجي (CereStim R96 ، Blackrock Microsystems) بينما كان المشاركون يؤدون المهمة. تم إدخال التحفيز إلى جهات الاتصال المجاورة المقترنة في ANT باستخدام نبضات مستطيلة ثنائية الطور بعرض 3 0 0 مللي ثانية وسعة 0. 2 مللي أمبير بتردد 5 { {2 0}} هرتز (الشكل 1 ب). يتلقى Pat2 5 0 تحفيز هرتز بسعة 0. 5 مللي أمبير (الجدول 1). النموذج التجريبي تم تقديم مهمة الذاكرة العاملة على 14- في شاشة كمبيوتر محمول على مسافة عرض تبلغ حوالي 60 سم مع خلفية رمادية. بدأت التجربة بعرض صليب تثبيت أبيض (0.3) في وسط الشاشة ، واستمر لمدة 4.2e5.2 ثانية (الشكل 1 أ). تم عرض مربعين ملونين بشكل مركزي ومتسلسل ، استمر كل منهما لمدة 0.3 ثانية وتبعه فاصل زمني قدره 0.4e0.5 ثانية حيث تم عرض تقاطع التثبيت فقط مركزيًا. تم اختيار اللونين بشكل عشوائي من تسعة ألوان محددة مسبقًا ، كل منها متباعدة على الأقل 40 على عجلة ألوان تشتمل على مجموعة فرعية متدرجة دائرية من الألوان. بعد ذلك ، تم عرض رقم عربي مُلصق (1 أو 2) بالتساوي لمدة 0.55 ثانية ، مما يشير إلى اللون الذي يجب استدعاؤه بعد ذلك. أعقب الإشارة بفترة 2.5e3 ثانية فقط مع صليب التثبيت. ثم تم عرض عجلة ألوان تتكون من ألوان متصلة (سمكها 1.5 ونصف قطرها 9.5). تم توجيه المشاركين للإشارة إلى اللون الذي من المفترض أن يتذكروه باستخدام الماوس للنقر فوق نقطة على عجلة الألوان. للتخلص من مساهمة الذاكرة المكانية ، تم تدوير عجلة الألوان بشكل عشوائي عبر التجارب. تم تنفيذ التحفيز الكهربائي لمدة ثانية في تجارب مختارة عشوائيًا عبر جميع الكتل العشر (90 تجربة لتجارب التحفيز ، و 90 تجربة للتجارب غير التحفيزية). تتكون كل كتلة من 18 تجربة ويمكن للمشاركين الراحة خلال فترة الكتل. لم تحتوي التجارب الخامسة والأخيرة (8 تجارب) من 180 تجربة بأكملها على أي تحفيز. الدراسات السابقة التي تستخدم التحفيز أثناء أداء المهام تعطل الذاكرة عمومًا [22e24]. قد يؤدي التحفيز الخارجي إلى تعطيل الأنشطة المعرفية المنظمة المستمرة داخل الدماغ. أظهرت دراسات متعددة أن النشاط العصبي قبل التحفيز مهم للمهمة اللاحقة [32e36]. لذلك ، تم تطبيق التحفيز الكهربائي بداية من 2.2e2.7 ثانية قبل بداية اللون المربع الأول في محاولة لتعديل الحالة العقلية أثناء تثبيت ما قبل التحفيز ، كما هو مشار إليه في الدراسة الأخيرة [25]. لم يتم إخبار الأشخاص بالتجارب التي تحتوي على التحفيز ولا يمكنهم أيضًا الإبلاغ عن حدوث التحفيز. قبل التجربة الرسمية ، اختبرنا في البداية المعلمة المستخدمة للتحفيز الكهربائي. سألنا المرضى عما إذا كانوا يشعرون بأي اختلافات عندما يتم إجراء التحفيز الكهربائي بصمت أم لا. لم يبلغ أي من المرضى عن شعورهم بأي شيء مختلف عند إجراء التحفيز الكهربائي.

الشكل 1. تصميم المهمة. (أ) بدأت المحاكمات بصليب تثبيت أبيض في وسط الشاشة. تم عرض مربعين ملونين بالتتابع. ثم تم عرض رقم عربي مُلصق (1 أو 2) بشكل متساوٍ وعشوائي ، للإشارة إلى اللون الذي سيتم استدعاؤه بعد ذلك. بعد فاصل زمني ، تم توجيه المشاركين للإشارة إلى اللون الذي من المفترض أن يتذكروه باستخدام الماوس للنقر فوق نقطة على عجلة الألوان. تم تطبيق التحفيز الكهربائي بداية من 2.2e2.7 ثانية قبل بداية اللون المربع الأول (الشريط الأحمر). (ب) يتم عرض مثال قطب كهربائي (دوائر مملوءة بالأسود) للبات 3. يقع الاتصال الأكثر وسطية في ANT (السهم الأسود). (ج) تم تمثيل استجابة نموذجية (شريط أسود) على عجلة الألوان. (د) تم استخدام نموذج المبادلة لملاءمة الأداء الذي يوجد فيه ثلاثة مصادر استجابة محتملة: توزيع Von Mises المتمركز على اللون المستهدف ، وتوزيع آخر لـ von Mises بنفس التركيز ولكن تمركز في اللون غير المستهدف واحتمال ثابت للتخمين ببساطة في عشوائي. (لتفسير الإشارات إلى اللون في وسيلة إيضاح الشكل هذه ، تتم إحالة القارئ إلى إصدار الويب من هذه المقالة.)

معالجة البيانات والتحليل الإحصائي

دقة ذاكرة العمل لقد قدرنا دقة الذاكرة العاملة بناءً على نموذج Swap حيث تم قياس ثلاث استجابات: استجابة الهدف عندما أبلغ المشاركون بشكل صحيح عن لون العنصر الذي تم فحصه مع بعض التباين ، والاستجابة غير المستهدفة عندما أبلغ الأشخاص عن طريق الخطأ عن اللون الذي كان ليس من المفترض أن يتذكر (على سبيل المثال ، من خلال تم تلوين اللون الثاني ، تم استدعاء اللون الأول) واستجابة التخمين لعنصر المسبار غير الموجود في الذاكرة تمامًا [37]. تتلاءم كل من الاستجابات المستهدفة والاستجابات غير المستهدفة مع توزيع Von Mises المتمحور حول قيمة اللون للعناصر التي تم فحصها وإبلاغها بشكل خاطئ ، على التوالي ، مع نفس الانحراف المعياري لأن الألوان المستهدفة وغير المستهدفة سيتم تخزينها في المتوسط ​​بنفس الدقة [37] . تم افتراض أن استجابة التخمين هي توزيع موحد لأن الأشخاص قد يستجيبون بشكل عشوائي عندما لا يتم حفظ معلومات اللون (الشكل 1C و D).

القوة التذبذبية

نحسب القوة قبل بدء التحفيز على النحو التالي. أنشأنا النقطة الزمنية للتحفيز الوهمي (2.2e2.7 ثانية قبل المربع اللوني الأول) للتجارب بدون تحفيز وفقًا لبدء التحفيز الكهربائي في تجارب التحفيز. كان للتحفيز الوهمي نفس نافذة الوقت مثل التحفيز الحقيقي. قمنا بقياس القدرة التذبذبية في إشارات المجال المحلي المحتملة (LFP) باستخدام موجات Morlet (رقم الموجة ¼ 5) عند 4 0 ترددات متباعدة بين 1 و 2 0 0 هرتز باستخدام مربع أدوات Fieldtrip [38]. تم تحويل الطاقة (P) لكل تردد في كل نقطة زمنية وتصحيحها إلى متوسط ​​قوة خط الأساس (P 0) عبر جميع التجارب (1.5 إلى 0. 5 ثوانٍ قبل بداية التحفيز الكهربائي أو بداية التحفيز الكهربائي الوهمي) والوقت 1 0 للحصول على الطاقة الطبيعية (ديسيبل) (أي 10 log10 (P / P0)). تم قياس قوة جاما (30e100Hz) في نافذة زمنية تبلغ 0.8 ثانية (أي 0.2 سي 1 ثانية بعد إزاحة التحفيز للتجارب مع التحفيز ، و 0.2 سي 1 ثانية بعد إزاحة التحفيز الوهمي للتجارب بدون تحفيز).

درسنا كذلك نشاط الحصين خلال الترميز الخامس ، والتشفير الثاني ، وفترة الاسترجاع. تم تجميع بيانات الحصين التي تمت معالجتها مسبقًا في فترات مرتبطة بالحدث. ثم قمنا بتحليل التردد الزمني وتصحيح خط الأساس تمامًا بالطريقة نفسها المذكورة أعلاه. كانت النافذة الزمنية لتصحيح خط الأساس من 1.5 إلى 0. 5 ثوانٍ قبل بدء التحفيز الكهربائي لتجارب التحفيز ، من 1.5 إلى 0. 5 ثوانٍ قبل بدء التحفيز الكهربائي الوهمي للتجارب بدون تحفيز. تم استخراج قوة جاما (3 0 e1 0 0 هرتز) من أجل ترميز فيفست (على سبيل المثال ، 0. 25e 0. 7 ثوانٍ بعد ظهور أول لون ) ، الترميز الثاني (على سبيل المثال ، 0. 25e 0. 7 ثوانٍ بعد ظهور اللون الثاني) والاسترجاع (أي 0.5e1.5 ثانية بعد بداية الإشارة). استندت بداية نافذة التشفير إلى اكتشاف أن النشاط الذي يثيره التحفيز ظهر في الحُصين بعد 0.25 ثانية من بداية التحفيز الخارجي [12 ، 39 ، 40]. اخترنا النافذة الزمنية للاسترجاع وفقًا لدراسة حديثة تشير إلى أن استرجاع الذاكرة حدث بين 0.5 ثانية و 1.5 ثانية بعد العرض التقديمي [41].

تحليل التصريفات الصرعية بين النشبات تم العثور على نشاط كهربائي غير طبيعي أثناء فترات النشبات ، أي إفرازات صرعية بين النشبات (IED) ، في قرن آمون للمرضى الذين يعانون من صرع الفص الصدغي [42] والذي يمكن أن يضعف وظيفة الذاكرة [43 ، 44]. في الدراسة الحالية ، تم استخدام خوارزمية كشف آلية تم تطويرها في دراسة سابقة [45] لتحديد العبوات الناسفة البدائية الصنع لجميع المرضى. باختصار ، تم تصغير حجم البيانات المُعالجة مسبقًا إلى 2 0 0 هرتز ، ثم تمت تصفية النطاق الترددي من 10 هرتز إلى 60 هرتز. تم الحصول على الغلاف اللحظي لكل قناة عن طريق حساب القيمة المطلقة لتحويل هيلبرت للبيانات المرشحة. تم تجزئة غلاف الإشارة باستخدام نوافذ منزلقة بعرض 5 ثوانٍ وتداخل بنسبة 80 بالمائة. تم استخدام عتبة متغيرة بمرور الوقت لـ k (الوضع þ الوسيط) للكشف عن العبوات الناسفة ، حيث كان k 5 في هذه الدراسة ، وتم الحصول على الوضع والوسيط من خلال تقدير احتمالية قصوى للتوزيع الإحصائي اللوغاريتمي الطبيعي لمغلف الإشارة في كل مقطع. كل قناة لها غلافها الخاص ومنحنى العتبة الخاص بها الآن. تم تحديد الحد الأقصى المحلي عند التقاطعات بين منحنيات الغلاف والعتبة على أنها عبوات ناسفة تم اكتشافها. في الأصل ، تم تقييم أداء الكاشف الآلي من قبل أخصائيي فسيولوجيا الأعصاب ذوي الخبرة الذين أظهروا حساسية تحريية عالية ومعدل إيجابي كاذب منخفض [45]. لتجنب احتمال تأثير التحفيز (في تجارب التحفيز) على تباين إشارات LFP ، مما قد يقلل بالتالي من حساسية اكتشاف العبوات الناسفة ، قمنا بإزالة المغلف الفوري عند تنفيذ التحفيز الكهربائي. كانت النافذة الزمنية التي تمت إزالتها من 0.2 ثانية قبل بدء التحفيز إلى 0.2 ثانية بعد إزاحة التحفيز. في الدراسة الحالية ، لفحص تأثير تحفيز ANT على معدل حدوث العبوات الناسفة المتفجرة في الحصين أثناء مهمة الذاكرة العاملة ، اكتشفنا العبوات الناسفة أثناء التسجيل بأكمله. بعد ذلك ، تم الكشف عن عدد العبوات البدائية الصنع المكتشفة من بداية المربع اللوني الخامس حتى تم تلخيص إجراء الاستجابة ثم قسّم على طول الوقت لحساب معدل العبوات الناسفة (العد / ثانية). بعد ذلك ، تمت مقارنة معدل العبوات الناسفة بين التجارب مع التحفيز وبدونه.

تحليل احصائي

تمت معالجة التحليل الإحصائي باستخدام البرامج النصية المخصصة جنبًا إلى جنب مع أدوات مفتوحة المصدر تم تطويرها في MATLAB (Math-Works ، Natick ، ​​MA ، الولايات المتحدة الأمريكية). تم إجراء اختبار تصنيف موقع Wilcoxon لقياس تأثير التحفيز: الاختلاف في دقة الذاكرة للون المجس للتجارب مع التحفيز وبدونه. تم إجراء مقارنة بين قوة جاما ومعدل العبوات الناسفة للحصين بين التحفيز الكهربائي وتجارب عدم التحفيز باستخدام نموذج الأثر المختلط الخطي (LME). نموذج LME هو نوع من نموذج الانحدار حيث يتم نمذجة تغير المتغير التابع كدالة لكل من التأثيرات الثابتة والعشوائية [46]. يعد نموذج LME مناسبًا جدًا لمجموعة البيانات الخاصة بنا لأنه يمكن استخدامه على مستوى المجموعة أثناء حساب القياسات المتكررة من عينة واحدة ، والتي حدثت أثناء اختبار تأثيرات التحفيز عند نفس جهة الاتصال. علاوة على ذلك ، يمكن أن يفسر نموذج LME أخذ العينات غير المتكافئ عبر الظروف والمجموعات. كانت هذه الخاصية مهمة لتحليلنا لأن المشاركين كان لديهم عدد مختلف من جهات الاتصال في الحُصين.

نتائج

عزز التحفيز الكهربائي الأحكام الدقيقة للذاكرة العاملة

لكل موضوع ، تم حساب SD الاسترجاع عن طريق ملاءمة توزيعات الخطأ باستخدام نموذج Swap ، حيث يشير الاسترجاع الأصغر SD إلى دقة ذاكرة أفضل [37] (الشكل 1D). لتحديد التأثيرات السلوكية للتحفيز ، قمنا بمقارنة استدعاء SD بين التجارب التي حصل فيها الأشخاص ولم يتلقوا التحفيز باستخدام اختبار تصنيف موقع Wilcoxon. وجدنا أن التحفيز الكهربائي أدى إلى تحسين أداء الذاكرة بشكل ملحوظ (z ¼ 2.24 0 ، p 0.025) (الشكل 2 أ). علاوة على ذلك ، كانت تحسينات دقة الذاكرة العاملة متسقة للغاية عبر الموضوعات (7/8) (الشكل 2 ب). أشارت هذه النتائج إلى أن التحفيز المقدم إلى ANT أثناء تثبيت التشفير المسبق يمكن أن يحسن الحكم على دقة الذاكرة العاملة.

زيادة نشاط الحُصين جاما

بالنظر إلى أنه تم اقتراح مشاركة الحُصين في معالجة دقة الذاكرة [12] ، قمنا بتحليل التغيرات العصبية لـ 56 تلامسًا للحصين (الشكل 3 أ) المتعلقة بتحفيز ANT. وجدت الدراسات الحديثة أن التنبيه الكهربائي مكّن من إحداث نشاط عالي التردد وأن نشاط جاما المستحث كان مرتبطًا بأداء الذاكرة [47]. في الدراسة الحالية ، تمت مقارنة قوة جاما قبل التحفيز (3 {{1 {15}}} e1 0 0 هرتز) في تجارب التحفيز مع تلك الموجودة في التجارب غير التحفيزية التي تستخدم نموذج LME. أظهر التحليل زيادة قوة جاما في الحُصين بعد تحفيز ANT أثناء تثبيت ما قبل التحفيز (ب ¼ 0. 155 ، ر (11 0) ¼ 3.447 ، ف <0. {="" {39}}="" 0="" 1)="" (الشكل="" 3="" ب="" و="" ج).="" وجدنا="" أيضًا="" أن="" قوة="" جاما="" الحصين="" كانت="" أعلى="" خلال="" الترميز="" الأول="" (b="" ¼="" 0.101="" ،="" t="" (110)="" ¼="" 2.990="" ،="" p="" ¼="" 0.003="" ،="" الشكل="" التكميلي="" 1b)="" ،="" الترميز="" الثاني="" (b="" 0.101="" ،="" t="" (110)="" 3.526="" ،="" p=""><0.001 ،="" الشكل="" التكميلي="" 1d)="" والاسترجاع="" (b="" ¼="" 0.104="" ،="" t="" (110)="" ¼="" 3.471="" ،="" p=""><0.001) في="" التجربة="" مع="" التحفيز="" (الشكل="" 3f).="" ومع="" ذلك="" ،="" لم="" تكن="" قوة="" ثيتا="" وألفا="" وبيتا="" فرقًا="" كبيرًا="" بين="" التجارب="" مع="" أو="" بدون="" تحفيز="" خلال="" المراحل="" المختلفة="" (جميع="" قيم="" p=""> 0.05 ، الأشكال التكميلية 1AeD).

انخفاض معدل العبوات الناسفة المرتجلة في قرن آمون

تم التعرف على العبوات الناسفة باعتبارها علامة حيوية للأنسجة المولدة للصرع ويمكن أن تسبب العبوات الناسفة المرتجلة الحصينية ضعفًا في الإدراك [42 ، 43]. بالنظر إلى الأشخاص المعينين في الدراسة الحالية كانوا مرضى يعانون من صرع الفص الصدغي ، قمنا بفحص ما إذا كان التحفيز الكهربائي يحسن دقة الذاكرة عن طريق تقليل إفرازات الصرع. قمنا بحساب معدل حدوث العبوات الناسفة لكل ملامسة للحصين في تجارب مع أو بدون تحفيز. باستخدام نموذج LME ، وجدنا انخفاضًا موثوقًا به إحصائيًا في معدل العبوات الناسفة كنتيجة للتحفيز الكهربائي (b 0. 0 10، t (110) ¼ 2.782، p 0.006) (الشكل. 4).

الارتباط بين نشاط الفيزيولوجيا الكهربية والأداء السلوكي

بعد ذلك ، أجرينا تحليل الارتباط بين النشاط الكهربية (قوة جاما والعبوات الناسفة) والأداء السلوكي. لم نجد أن التغير في معدل العبوات الناسفة بالحصين كان مرتبطًا بتغيير دقة الذاكرة العاملة (IED: r ¼ {{0}. 262، p ¼ 0. 536). ومع ذلك ، فإن العلاقة بين تغير قوة جاما قبل التحفيز وتغيير دقة الذاكرة العاملة كانت ذات دلالة (rho ¼ 0. 738، p ¼ {{1 {12}}}}. 0 46) (الشكل ثلاثي الأبعاد). علاوة على ذلك ، ارتبطت أيضًا زيادة قوة جاما خلال فترة الاسترجاع بتحسين الذاكرة العاملة (rho 0.881 ، p ¼ 0.007) (الشكل 3E). لم تكن قوة جاما المتزايدة أثناء الترميز الخامس والتشفير الثاني مرتبطة بتحسين الذاكرة العاملة (كل p> 0.05).

مناقشة

كشفت الدراسة الحالية أن التحفيز الكهربائي الذي يستهدف ANT كان فعالاً في تحسين دقة الذاكرة العاملة. في الواقع ، وجدنا أن تحفيز ANT يمكن أن يزيد من قوة جاما الحصين ، ويقلل من معدل حدوث العبوات الناسفة في الحُصين. ارتبطت زيادة قوة غاما الحصين بشكل كبير بأحكام دقة الذاكرة العاملة ، والتي وفرت الدور السببي للمحور المهاد الأمامي الحصين في دقة الذاكرة العاملة.

الشكل 3. تنشيط ANT يزيد من نشاط غاما الحصين. (أ) تم تحديد جميع جهات اتصال الحصين (56 جهة اتصال من 8 مرضى) في مساحة MNI. (ب) قوة جاما ما قبل التحفيز (تجارب مع التحفيز مقابل التجارب بدون تحفيز). التعتيم (0 e1 s) هو مدة التحفيز الكهربائي. (ج) كانت قوة جاما (3 0 e1 0 0 هرتز) أعلى بشكل ملحوظ للتجارب مع التحفيز من التجارب بدون تحفيز أثناء تثبيت ما قبل التحفيز استنادًا إلى نموذج LME (b¼ {{ 21}}. 155، t (11 0) ¼ 3.447، p <0. 0="" 0="" 1)="" (d)="" الارتباط="" بين="" تغيير="" طاقة="" جاما="" (على="" سبيل="" المثال="" ،="" جاما="" الطاقة="" لتجارب="" التحفيز="" الكهربائي="" -="" طاقة="" جاما="" للتجارب="" بدون="" تحفيز="" كهربائي)="" أثناء="" تثبيت="" ما="" قبل="" التحفيز="" وتغيير="" الذاكرة="" sd="" (أي="" sd="" لتجارب="" التحفيز="" الكهربائي="" -="" sd="" للتجارب="" بدون="" تحفيز="" كهربائي)="" (rho="" 0="" .738="" ،="" ص="" 0.046).="" (هـ)="" ارتباط="" كبير="" بين="" تغيير="" طاقة="" جاما="" أثناء="" الاسترجاع="" (أي="" طاقة="" جاما="" للتجارب="" باستخدام="" التحفيز="" الكهربائي="" -="" طاقة="" جاما="" للتجارب="" بدون="" تحفيز="" كهربائي)="" وتغيير="" الذاكرة="" sd="" لاسترجاع="" الذاكرة="" (أي="" sd="" للتجارب="" مع="" التحفيز="" الكهربائي="" -="" sd="" للتجارب="" بدون="" كهرباء="" التحفيز)="" (rho="" ¼="" 0.881="" ،="" p="" 0.007).="" كل="" دائرة="" ملونة="" تشير="" إلى="" مريض="" واحد.="" (f)="" زادت="" قوة="" جاما="" بشكل="" كبير="" أثناء="" الاسترجاع="" في="" التجارب="" مع="" التحفيز="" على="" أساس="" نموذج="" lme="" (ب="" ¼="" 0.104="" ،="" تي="" (110)="" ¼="" 3.471="" ،="" ف=""><0.001). ***="" ف=""><>

الشكل 4. تحفيز ANT يقلل من معدل العبوات الناسفة الحُصَينية. (أ) معدل IED المتوسط ​​من بداية مربع اللون الأول إلى إجراء الاستجابة انخفض بشكل ملحوظ للتجارب مع التحفيز الكهربائي مقارنة بالتجارب بدون التحفيز الكهربائي (b 0. 0 10، t (110) ¼ 2.782 ، ص 0.006). (ب) تم الكشف عن مثالين للعبوات الناسفة البدائية (المميزة بدوائر حمراء) بواسطة خوارزمية الكشف التلقائي. (ج) مخطط نقطي للعبوات البدائية الصنع المكتشفة عبر التجارب بدون تحفيز (علوي) ومع تحفيز (أقل) للمريض 2. يشير كل شريط أحمر عمودي إلى عبوة ناسفة تم اكتشافها في وقت محدد. (لتفسير الإشارات إلى اللون في وسيلة إيضاح الشكل هذه ، تتم إحالة القارئ إلى إصدار الويب من هذه المقالة.)

حاول عدد كبير من الدراسات تحسين الذاكرة عن طريق التحفيز الكهربائي الذي يتم توصيله إلى الهياكل المرتبطة بالحصين وأسفر عن نتائج غير متسقة [22 ، 23 ، 25 ، 48]. طبقت الدراسة الحالية التحفيز الكهربائي على ANT ، أحد المكونات الأساسية في دائرة بابيز. تم اقتراح دائرة بابيز كأساس تشريحي للذاكرة [49]. اقترح الباحثون أن تعديل النشاط العصبي في هذه الدائرة يمكن أن يؤثر على نشاط الحُصين وبالتالي يغير أداء الذاكرة. تمشيا مع هذا ، وجدنا أن التحفيز الكهربائي يحسن دقة الذاكرة العاملة ، والتي يمكن التنبؤ بها من خلال زيادة قوة غاما الحصين. دعمت نتائجنا الإجماع المتزايد على أن التحفيز الكهربائي المباشر يمكن أن يعدل نشاط الشبكة الموزعة المتصلة بموقع التحفيز [24،50]. كان هذا الاستنتاج يتماشى مع منظور التحفيز غير الباضع المستخدم للتحقيق في ديناميكيات شبكة الدماغ وتنظيمها [51].

قمنا بتسليم التحفيز الكهربائي لـ ANT ووجدنا أن التحفيز يحسن دقة الذاكرة العاملة. نظرًا لأن هذه النتيجة تشير إلى تورط المحور المهاد الأمامي الحصين ، فهناك احتمالان مسؤولان عن تحسين دقة الذاكرة العاملة. أولاً ، قد يؤدي تحفيز ANT نفسه إلى تحسين الذاكرة بشكل مباشر لأنه عنصر حاسم في نظام الحصين الممتد الذي يدعم الذاكرة [19 ، 20]. علاوة على ذلك ، تم الإبلاغ عن أن ANT تلعب دورًا حيويًا في الانتباه الموجه للذاكرة [16 ، 17 ، 52]. علاوة على ذلك ، كشفت دراسة حديثة عن آليات عصبية مشتركة بين الانتباه والذاكرة العاملة [53]. ثانيًا ، تم تحسين دقة الذاكرة العاملة من خلال النشاط المعدل في الحُصين. يرتبط ANT بشكل كثيف بالحصين [13 ، 15]. تشير دراسة حديثة إلى أنه من الضروري تعديل الوظيفة المعرفية عن طريق تحفيز إحدى العقد المتصلة التي تشكل شبكة وظيفية [24]. في الواقع ، وجدنا أن تحفيز ANT يمكن أن يزيد من قوة جاما الحصين وأن زيادة قوة جاما كانت تنبؤية لتحسين دقة الذاكرة العاملة. تم اقتراح أن يشارك الحصين في معالجة الذاكرة العاملة إما عند الاحتفاظ بالعناصر المتعددة أو عند تقديم الكائنات بالتسلسل [5،54]. أظهرت كل من الدراسات التي أجريت على الإنسان والحيوان أن الذاكرة العاملة مرتبطة بنشاط جاما في الحُصين [5،6،8]. وبالتالي ، فإن النشاط المعدل في الحُصين قد يساهم في تحسين الذاكرة العاملة.

كان من الممكن أن يؤدي التحفيز الكهربائي الذي يتم توصيله إلى ANT إلى تغيير الحالة العقلية للمريض عن طريق زيادة اليقظة أو الانتباه قبل إدخال التحفيز. أظهرت دراسات متعددة أن النشاط العصبي قبل التحفيز يمكن أن يفسر التباين في التجربة في الأداء الإدراكي والإدراكي [32e35]. تمشيا مع هذا ، ارتبطت قوة جاما الحصينية المتزايدة قبل التحفيز بتحسين الذاكرة. بالإضافة إلى ذلك ، تم أيضًا تعزيز طاقة جاما خلال فترة التشفير والاسترجاع عن طريق التحفيز الكهربائي. كانت قوة جاما المتزايدة أثناء الاسترجاع تنبئًا أيضًا بتحسين الذاكرة. كانت نتائجنا متوافقة مع الدراسة السابقة بأن قوة جاما الحُصين كانت ضرورية لتنفيذ الذاكرة العاملة [8]. مجتمعة ، من الممكن أن التحفيز الكهربائي الذي يتم توصيله إلى ANT قد يزيد من انتباه المريض أو انتباهه خلال مرحلة ما قبل التحفيز ويؤثر بشكل أكبر على ترميز الذاكرة واسترجاعها لاحقًا.

لاحظنا أيضًا أن تحفيز ANT قد يثبط الإفرازات المرضية للحصين ، بما يتوافق مع دراستنا السريرية السابقة [14]. ومع ذلك ، فإن انخفاض العبوات الناسفة لا يمكن أن يتنبأ بتحسن الذاكرة العاملة ، على الرغم من أن العديد من الدراسات أظهرت أن العبوات الناسفة الحُصينية كانت مرتبطة بأداء الذاكرة [43،44،55]. من الممكن أن تؤثر العبوات الناسفة البدائية بشكل أساسي على الذاكرة طويلة المدى ، بدلاً من الذاكرة العاملة.

هناك أربعة قيود على هذه الدراسة. أولاً ، كان حجم العينة صغيرًا نسبيًا. يتطلب تأكيد تأثير التحفيز الملحوظ مزيدًا من التحقيق من خلال تجنيد عدد كبير من المشاركين. أيضًا ، اقتصرنا حجم العينة الصغير هذا على مزيد من التحقيق في التأثير الجانبي لتحفيز ANT. ثانيًا ، كان جميع الأفراد في هذه الدراسة مرضى يعانون من الصرع المقاوم للأدوية. ومن ثم فإن تعميم النتائج الحالية على المجموعات الأخرى يجب أن يعامل بحذر. من ناحية أخرى ، أبلغ الكثير من مرضى الصرع عن عجز في الذاكرة ، ويعد تحسين الذاكرة بالنسبة لهم هدفًا علاجيًا في الأساس. ثالثًا ، وجدت هذه الدراسة أن تحفيز ANT يمكن أن يحسن دقة الذاكرة العاملة لدى البشر. ومع ذلك ، من غير المعروف ما إذا كانت معلمات التحفيز الأخرى مثل الكثافة والمدة وفترة التحفيز قد تعدل أيضًا أداء الذاكرة العاملة. رابعًا ، من الممكن أن يؤدي التحفيز الكهربائي الذي يتم توصيله إلى ANT إلى زيادة يقظة المريض أو انتباهه خلال مرحلة ما قبل التحفيز ويؤثر بشكل أكبر على ترميز الذاكرة واسترجاعها لاحقًا. ومع ذلك ، في هذه الدراسة ، لا يمكننا تحديد المرحلة الأكثر أهمية لتحسين الذاكرة العاملة. قد تختبر الدراسات المستقبلية ذلك بشكل مباشر عن طريق تقديم التحفيز الكهربائي خلال المراحل المختلفة بشكل منفصل.

استنتاج

أظهرت هذه الدراسة أن التحفيز الكهربائي داخل الجمجمة للنواة الأمامية للمهاد يمكن أن يحسن دقة الذاكرة العاملة ويزيد نشاط غاما الحصين. كان نشاط جاما المتزايد في الحصين أثناء التحفيز المسبق والاسترجاع تنبئيًا بتحسين دقة الذاكرة العاملة. تشير هذه النتائج إلى الأدوار الحاسمة للمحور المهاد الأمامي الحصين في دقة الذاكرة العاملة.