Stimulacija prednjeg talamusa poboljšava procjenu preciznosti radne memorije

Za više informacija:ali.ma@wecistanche.com

apstraktno

Pozadina: Prednje jezgro talamusa (ANT) je predloženo kao prošireni hipokampalni sistem. Pokazalo se da je kolo ANT i hipokampusa povezano s memorijskom funkcijom. I lezije na svakoj regiji i poremećaj međuregionalnog protoka informacija mogu izazvati oštećenje radne memorije. Međutim, uloga ovog kola u preciznosti radne memorije ostaje nepoznata.

Cilj: Da bismo testirali ulogu hipokampalno-prednjeg talamičkog puta u preciznosti radne memorije, isporučili smo intrakranijalnu električnu stimulaciju ANT-u. Pretpostavljamo da ANT stimulacija može poboljšati preciznost radne memorije.

Metode: Pacijenti s epilepsijom prije hirurške intervencije s dubinskim elektrodama u ANT i hipokampusu angažirani su da izvedu zadatak radne memorije prisjećanja boja. Učesnicima je naloženo da pokažu boju koju su trebali da se sete klikom na tačku na krugu boja, dok su intrakranijalni EEG podaci sinhrono snimani. Za nasumično odabrana polovična ispitivanja, bipolarna električna stimulacija je isporučena na ANT elektrode.

Rezultati: Otkrili smo da su u poređenju sa pokusima bez stimulacije, procjene preciznosti radne memorije značajno poboljšane za pokuse stimulacije. ANT električna stimulacija značajno je povećala spektralnu snagu gama (30e100 Hz) oscilacija i smanjila interiktalna epileptiformna pražnjenja (IED) u hipokampusu. Štaviše, povećana gama snaga tokom perioda prije stimulusa i preuzimanja predviđala je poboljšanje prosuđivanja preciznosti radne memorije.

Zaključak: ANT električna stimulacija može poboljšati precizne procjene radne memorije i modulirati gama aktivnost hipokampusa, pružajući direktne dokaze o ulozi prednje talamičke ose ljudskog hipokampusa u preciznosti radne memorije.

Uvod

Radna memorija je kritična kognitivna funkcija [1] u podržavanju velikog broja svakodnevnih ponašanja uključujući učenje [2], donošenje odluka [3] i razumijevanje jezika [4]. Nedavne studije sugeriraju da je hipokampus uključen u radnu memoriju [5e8]. Prema modelu bafera za multipleksiranje, sadržaj radne memorije predstavljen je neuronskim sklopovima sinkroniziranim u gama oscilacijama zaključanim na određene faze niskofrekventnih oscilacija [9e11]. U skladu s tim, nekoliko studija je otkrilo povećanu gama aktivnost hipokampusa s opterećenjem radne memorije [6,7] i izraženu theta-gama spregu u hipokampusu kada se zadrži više stavki [5]. Studija o glodarima je objavila da je uspješna radna memorija povezana sa sinkroniziranim gama oscilacijama unutar hipokampalne formacije [8]. Nadalje, ljudska intrakranijalna EEG studija otkrila je da je snaga hipokampalne gama snage tokom preuzimanja memorije bila prediktivna za preciznost memorije [12].

Click to cistanche tubulosa prednosti i nuspojave za pamćenje

Sa gustim i recipročnim vezama sa hipokampusom [13e15] i njegovom uključenošću u kognitivne funkcije [15e17], prednje jezgro talamusa (ANT) je predloženo kao prošireni hipokampalni sistem [18e20]. Studija o glodarima otkrila je da ometanje protoka informacija između hipokampusa i ANT-a narušava performanse prostorne radne memorije [21]. Električna stimulacija direktno usmjerena na hipokampus može poremetiti performanse pamćenja [22,23]. S obzirom na dokaze da stimulacija kritičnog čvora unutar funkcionalne mreže može modulirati mrežnu funkciju [24], ciljanje hipokampalnih aferentnih projekcija može biti efikasnija strategija za pokretanje nizvodne strukture kako bi se modulirale performanse memorije [25]. Dakle, moguće je modulirati performanse radne memorije električnim stimuliranjem 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, Liang Wang a, b, *

a CAS ključna laboratorija za mentalno zdravlje, Institut za psihologiju, Peking, Kina b Odsjek za psihologiju, Univerzitet Kineske akademije nauka, Peking, Kina c Pekinški institut za funkcionalnu neurohirurgiju, bolnica Xuanwu, Medicinski univerzitet Capital, Peking, Kina d Sveobuhvatna epilepsija Centar u Pekingu, Pekinška ključna laboratorija za neuromodulaciju, Odeljenje za neurologiju, bolnica Xuanwu, Medicinski univerzitet glavnog grada, Peking, Kina

Trenutna studija je bila da ispita da li direktna električna stimulacija ANT može modulirati preciznost radne memorije. Klasična paradigma prisjećanja boja [26,27] izvedena je od epileptičara otpornih na lijekove sa implantiranim dubinskim elektrodama, dok je bipolarna električna stimulacija isporučena na ANT elektrode za polovinu ispitivanja. S obzirom na dokaze da opsežne funkcionalne i anatomske veze između hipokampusa i ANT i hipokampusa igraju važnu ulogu u radnoj memoriji, pretpostavili smo da ANT električna stimulacija može poboljšati precizne prosudbe radne memorije.

materijali i metode

Učesnici

Osam pacijenata sa medicinski refraktornom epilepsijom temporalnog režnja koji su stereotaksički implantirali dubinske elektrode za stereo elektroencefalografiju (SEEG) za identifikaciju epileptogenih zona u bolnici Xuanwu uključeno je u ovu studiju. Demografski podaci za svakog pacijenta prikazani su u Tabeli 1. Svi pacijenti su prijavili normalnu ili korigiranu na normalnu oštrinu vida i normalan vid boja. Informirani pristanak je dobijen od svih subjekata, a studijske procedure su odobrene od strane etičkog komiteta bolnice Xuanwu, Medicinskog univerziteta Capital.

Lokalizacija elektrode

Postoperativni CT je zajedno registrovan sa preoperativnim MRI koristeći FreeSurfer Software Suite [28] (http://surfer.nmr.mgh. harvard.edu) i FMRIB Software Library [29]. Implantirane elektrode su rekonstruirane korištenjem softvera za stereotaktičku lokalizaciju [30]. Zatim su sve elektrode mapirane na standardni MNI prostor. Svi hipokampalni kontakti (56 kontakata od 8 pacijenata, crveni krugovi) u MNI prostoru su vizualizirani pomoću BrainNet viewer-a [31].

Elektrofiziološka snimanja i prethodna obrada podataka

Intrakranijalni EEG podaci su snimljeni Blackrock Neuroport sistemom za snimanje tokom eksperimenta, sa brzinom uzorkovanja na 2000 Hz. Periodi artefakata su identifikovani vizuelnom inspekcijom i odbačeni iz sirovih signala. Bipolarna ponovna referenca je korišćena da se smanji volumna provodljivost, kao i zbunjujuće interakcije između susednih kontakata. Dobijeni podaci su razbijeni u epohe vezane za događaje radi dalje analize.

Električna stimulacija

Eksterni stimulator (CereStim R96, Blackrock Microsystems) dodatno je operativno isporučivao električnu stimulaciju dok su učesnici obavljali zadatak. Stimulacija je unesena u uparene susjedne kontakte u ANT-u korištenjem dvofaznih pravokutnih impulsa širine 300 ms i amplitude 0.2 mA na frekvenciji od 5{ {20}} Hz (slika 1B). Pat2 prima stimulaciju od 50 Hz pri amplitudi 0.5 mA (Tabela 1). Eksperimentalna paradigma Zadatak radne memorije predstavljen je na 14-u laptop monitoru na udaljenosti od oko 60 cm sa sivom pozadinom. Proba je počela prikazivanjem belog fiksacionog krsta (0,3 ) na sredini ekrana, u trajanju od 4,2e5,2 s (slika 1A). Dva obojena kvadrata su prikazana centralno i uzastopno, od kojih je svaki trajao 0,3 s, a nakon toga je slijedio interval od 0,4e0,5 s u kojem je centralno prikazan samo fiksacijski križ. Dvije boje su odabrane nasumično od devet unaprijed odabranih boja, od kojih je svaka bila raspoređena najmanje 40 na kotaču boja koji se sastoji od podskupa boja s kružnim gradijentom. Nakon toga, označeni arapski broj (1 ili 2) je ravnomjerno prikazan 0,55 s, označavajući koju boju treba opozvati nakon toga. Na znak je uslijedio još jedan interval od 2,5e3 s samo sa fiksacijskim križem. Zatim je prikazan kolor boja koji se sastojao od neprekidnih boja (debljine 1,5 i radijusa 9,5). Učesnicima je naloženo da pokažu boju koju su trebali da se prisjete koristeći miš da kliknu na tačku na kotaču boja. Da bi se eliminisao doprinos prostorne memorije, kotačić u boji se nasumično rotirao kroz pokušaje. Jedna druga električna stimulacija implementirana je u nasumično odabranim ispitivanjima u svih 10 blokova (90 pokušaja za stimulacijske pokuse, 90 pokušaja za nestimulacijske pokuse). Svaki blok je sastavljen od 18 pokušaja i učesnici se mogu odmoriti tokom intervala blokova. Prva i zadnja 4 ispitivanja (8 ispitivanja) od svih 180 ispitivanja nisu sadržavale stimulaciju. Prethodne studije koje su primenjivale stimulaciju tokom zadataka generalno remete pamćenje [22e24]. Egzogena stimulacija može poremetiti tekuće organizirane kognitivne aktivnosti unutar mozga. Više studija je pokazalo da je neuronska aktivnost pre stimulusa važna za kasniji zadatak [32e36]. Stoga je električna stimulacija primijenjena počevši od 2,2e2,7 s prije početka prvog kvadrata u boji pokušavajući da modulira mentalno stanje tokom fiksacije prije stimulusa, kao što je navedeno u nedavnoj studiji [25]. Ispitanici nisu bili obaviješteni koji su testovi sadržavali stimulaciju i također ne mogu prijaviti pojavu stimulacije. Prije formalnog eksperimenta prvo smo testirali korišteni parametar električne stimulacije. Pitali smo pacijente da li osjećaju bilo kakve razlike kada je električna stimulacija tiho isporučena ili ne. Nijedan od pacijenata nije prijavio da se osjeća drugačije kada im je primijenjena električna stimulacija.

Slika 1. Dizajn zadatka. (A) Probe su započele bijelim fiksirajućim križem na sredini ekrana. Dva kvadrata u boji su prikazana uzastopno. Zatim je ravnomjerno i nasumično prikazan arapski broj (1 ili 2), koji je označavao koju boju treba prisjetiti kasnije. Nakon intervala, učesnicima je naloženo da pokažu boju koju bi trebali da se sete koristeći miš da kliknu na tačku na kotaču boja. Električna stimulacija je primijenjena počevši od 2.2e2.7 s prije početka prvog kvadrata u boji (crvena traka). (B) Primjer elektrode (crno popunjeni krugovi) je prikazan za Pat 3. Najmedijalniji kontakt se nalazi u ANT (crna strelica). (C) Primjer odgovora (crna traka) je predstavljen na kotaču boja. (D) Swap model je korišten da se uklopi u performanse u kojima postoje tri moguća izvora odgovora: Von Misesova distribucija centrirana na ciljnu boju, druga von Misesova distribucija s istom koncentracijom, ali centrirana na neciljnu boju i fiksna vjerovatnoća jednostavnog pogađanja na nasumično. (Za tumačenje referenci na boju u ovoj legendi slike, čitalac se upućuje na web verziju ovog članka.)

Obrada podataka i statistička analiza

Preciznost radne memorije Procijenili smo preciznost radne memorije na osnovu Swap modela u kojem su mjerena tri odgovora: ciljni odgovor kada su sudionici ispravno prijavili boju ispitivane stavke sa određenom varijabilnosti, neciljani odgovor kada su subjekti greškom prijavili boju koja je bila ne bi trebalo da se priseća (npr., putem druge boje je opozvana, prva boja je opozvana) i odgovor nagađanja za stavku sonde potpuno nije u memoriji [37]. I ciljni odgovori i neciljani odgovori odgovaraju Von Mises distribuciji usredsređenoj na vrijednost boje ispitanih i pogrešno prijavljenih stavki, respektivno, s istom standardnom devijacijom jer će ciljne i neciljne boje u prosjeku biti pohranjene s istom preciznošću [37] . Pretpostavljeno je da je odgovor nagađanja ujednačena distribucija jer subjekti mogu reagovati nasumično kada nijedna informacija o boji nije zapamćena (sl. 1C i D).

Oscilatorna snaga

Snagu prije početka stimulusa izračunavamo na sljedeći način. Kreirali smo vremensku tačku lažne stimulacije (2.2e2.7 s prije prvog kvadrata u boji) za oglede bez stimulacije prema početku električne stimulacije u ogledima sa stimulacijom. Lažna stimulacija imala je isti vremenski okvir kao i prava stimulacija. Mjerili smo oscilatornu snagu u signalima potencijala lokalnog polja (LFP) sa Morletovim talasima (talasni broj ¼ 5) na 40 logaritamskim frekvencijama između 1 i 200 Hz koristeći Kutija sa alatima za terensko putovanje [38]. Snaga (P) po frekvenciji u svakoj vremenskoj tački je logički transformisana i korigirana na prosječnu osnovnu snagu (P0) u svim ispitivanjima (1,5 do 0,5 s prije početka električne stimulacije ili lažni početak električne stimulacije) i vrijeme 10 da se dobije normalizirana snaga (dB) (tj. 10 log10(P/P0)). Gama snaga (30e100Hz) izmjerena je u vremenskom prozoru od 0,8 s (tj. 0,2 se1 s nakon pomaka stimulacije za pokušaje sa stimulacijom, 0,2 se1 s nakon lažne stimulacije za pokušaje bez stimulacije).

Dalje smo ispitali aktivnost hipokampusa tokom prvog kodiranja, drugog kodiranja i perioda preuzimanja. Prethodno obrađeni podaci o hipokampusu grupirani su u epohe vezane za događaje. Zatim smo izvršili vremensko-frekvencijsku dekompoziciju i korekciju osnovne linije na potpuno isti način kao gore. Osnovni vremenski okvir korekcije bio je 1,5 do 0,5 s prije početka električne stimulacije za pokušaje sa stimulacijom, 1,5 do 0,5 s prije početka lažne električne stimulacije za pokušaje bez stimulacije. Gama snaga (30e100Hz) je izdvojena za prvo kodiranje (tj. 0.25e0.7 s nakon početka prve boje ), drugo kodiranje (tj., 0.25e0.7 s nakon početka druge boje) i pronalaženje (tj. 0.5e1.5 s nakon početka oznake). Početak prozora kodiranja bio je zasnovan na nalazu da se pokazalo da se aktivnost izazvana stimulusom pojavljuje u hipokampusu 0,25 s nakon pojave vanjskog stimulusa [12,39,40]. Odabrali smo vremenski okvir traženja prema nedavnoj studiji koja pokazuje da se vraćanje memorije dogodilo između 0,5 s i 1,5 s nakon prezentacije cue [41].

Analiza interiktalnih epileptiformnih pražnjenja Abnormalna električna aktivnost tokom interiktalnih intervala, odnosno interiktalna epileptiformna pražnjenja (IED), pronađena je u hipokampusu kod pacijenata sa epilepsijom temporalnog režnja [42] koja može narušiti funkciju pamćenja [43,44]. U trenutnoj studiji, automatizirani algoritam detekcije razvijen u prethodnoj studiji [45] korišten je za identifikaciju IED-a za sve pacijente. Ukratko, prethodno obrađeni podaci su smanjeni na 200 Hz, a zatim filtrirani propusni opseg sa 10 Hz na 60 Hz. Trenutni omotač svakog kanala je dobiven izračunavanjem apsolutne vrijednosti Hilbertove transformacije filtriranih podataka. Envelope signala je segmentiran pomoću kliznih prozora širine 5 s i preklapanja od 80 posto. Vremenski promjenjivi prag od k (Mode þ Median) korišten je za otkrivanje IED-a, gdje je k bio 5 u ovoj studiji, a Mod i medijan su dobijeni procjenom maksimalne vjerovatnoće log-normalne statističke distribucije omotača signala u svakom segment. Svaki kanal je sada imao svoj omotač i svoju krivu praga. Lokalni maksimumi na raskrsnicama između krivulja omotača i praga označeni su kao otkriveni IED. Prvobitno su performanse automatskog detektora procjenjivali iskusni neurofiziolozi koji su pokazali visoku detektivsku osjetljivost i nisku stopu lažno pozitivnih [45]. Da bismo izbjegli mogućnost da artefakti stimulacije (u stimulativnim ispitivanjima) utječu na varijabilnost LFP signala, što posljedično može smanjiti osjetljivost detekcije IED-a, uklonili smo trenutni omotač kada je implementirana električna stimulacija. Uklonjeni vremenski okvir bio je od 0,2 s prije početka stimulacije do 0,2 s nakon pomaka stimulacije. U trenutnoj studiji, da bismo ispitali efekat ANT stimulacije na stopu pojavljivanja hipokampalnih IED-ova tokom zadatka radne memorije, detektovali smo IED tokom čitavog snimanja. Nakon toga, broj detektovanih IED uređaja od početka prvog kvadrata u boji do akcije odgovora je sumiran, a zatim podijeljen sa dužinom vremena za izračunavanje brzine IED-a (broj/sek). Nakon toga, stopa IED-a je upoređena između ispitivanja sa i bez stimulacije.

Statistička analiza

Statistička analiza je obrađena korišćenjem prilagođenih skripti u kombinaciji sa alatima otvorenog koda razvijenim u MATLAB-u (Math-Works, Natick, MA, SAD). Wilcoxon signed-rank test je izveden za mjerenje efekta stimulacije: razlika u preciznosti pamćenja ispitivane boje za oglede sa i bez stimulacije. Poređenje gama snage i IED brzine hipokampusa između ispitivanja električne stimulacije i nestimulacije provedeno je korištenjem modela linearnog mješovitog efekta (LME). LME model je vrsta regresijskog modela u kojem se varijacija zavisne varijable modelira kao funkcija fiksnih i slučajnih efekata [46]. LME model je vrlo prikladan za naš skup podataka jer se može koristiti na grupnom nivou uzimajući u obzir ponovljena mjerenja iz jednog uzorka, koja su se dogodila dok smo testirali efekte stimulacije na istom kontaktu. Nadalje, LME model može uzeti u obzir neravnomjerno uzorkovanje po uvjetima i grupama. Ova karakteristika je bila važna za našu analizu jer su učesnici imali različit broj kontakata u hipokampusu.

Rezultati

Električna stimulacija je poboljšala preciznost prosuđivanja radne memorije

Za svakog subjekta, SD opoziva je izračunat uklapanjem distribucije grešaka korištenjem Swap modela, u kojem manji SD opoziva ukazuje na bolju preciznost memorije [37] (Slika 1D). Da bismo odredili bihejvioralne efekte stimulacije, uporedili smo SD prisjećanja između ispitivanja u kojima su subjekti primili ili nisu primili stimulaciju koristeći Wilcoxon signed-rank test. Otkrili smo da je električna stimulacija značajno poboljšala performanse pamćenja (z=2,240, p=0,025) (slika 2A). Nadalje, poboljšanja preciznosti radne memorije bila su vrlo konzistentna među subjektima (7/8) (slika 2B). Ovi rezultati su pokazali da stimulacija dostavljena ANT-u tokom fiksacije pre kodiranja može poboljšati preciznu prosudbu radne memorije.

Povećana gama aktivnost hipokampusa

S obzirom da je predloženo da je hipokampus uključen u preciznost obrade memorije [12], analizirali smo neuralne promjene 56 hipokampalnih kontakata (slika 3A) koje se odnose na ANT stimulaciju. Nedavne studije su otkrile da je električna stimulacija omogućila da se izazove visokofrekventna aktivnost i da je indukovana gama aktivnost povezana sa performansama pamćenja [47]. U trenutnoj studiji, pre-stimulusna gama snaga (3{{10}}e100Hz) u stimulacijskim pokusima je upoređena sa onom u nestimulacijskim pokusima koristeći LME model. Analiza je pokazala povećanu gama snagu u hipokampusu nakon ANT stimulacije tokom fiksacije prije stimulusa (b ¼ 0.155, t(110) ¼ 3.447, p < 0.{101}="" {39}}01)="" (sl.="" 3b="" i="" c).="" takođe="" smo="" otkrili="" da="" je="" gama="" snaga="" hipokampusa="" bila="" veća="" tokom="" prvog="" kodiranja="" (b="0,101," t(110)="2,990," p="0,003," dodatna="" slika="" 1b),="" drugog="" kodiranja="" (b="0,101," t(110)="" p="" (110)="">< 0,001,="" dodatna="" slika="" 1d)="" i="" pronalaženje="" (b="0,104," t="" (110)="3,471," p="">< 0,001)="" u="" ispitivanju="" sa="" stimulacijom="" (slika="" 3f).="" međutim,="" theta,="" alfa="" i="" beta="" snaga="" nisu="" bile="" značajne="" razlike="" između="" ispitivanja="" sa="" i="" bez="" stimulacije="" tokom="" različitih="" faza="" (sve="" p="" vrijednosti=""> 0,05, dodatne slike. 1AeD).

Smanjena stopa IED u hipokampusu

IED je prepoznat kao biomarker epileptogenog tkiva i hipokampalni IED može uzrokovati kognitivna oštećenja [42,43]. S obzirom na to da su subjekti regrutirani u ovoj studiji bili pacijenti s epilepsijom temporalnog režnja, dalje smo ispitali da li električna stimulacija poboljšava preciznost pamćenja smanjenjem pražnjenja epilepsije. Izračunali smo učestalost IED-a za svaki kontakt hipokampusa u ispitivanjima sa i bez stimulacije. Koristeći LME model, pronašli smo statistički pouzdano smanjenje stope IED-a kao rezultat električne stimulacije (b ¼ 0.010, t(110) ¼ 2,782, p ¼ 0,006) (Sl. 4).

Korelacija između elektrofiziološke aktivnosti i performansi ponašanja

Zatim smo izvršili analizu korelacije između elektrofiziološke aktivnosti (gama snage i IED) i performansi ponašanja. Nismo otkrili da je promjena brzine IED hipokampusa povezana sa promjenom preciznosti radne memorije (IED: r ¼ {{0}}.262, p ¼ 0.536). Međutim, korelacija između promjene gama snage hipokampusa prije stimulusa i promjene preciznosti radne memorije bila je značajna (rho ¼ 0.738, p ¼ {{10}}.046) (Sl. 3D). Dalje, povećana gama snaga tokom perioda preuzimanja je takođe bila u korelaciji sa poboljšanjem radne memorije (rho=0,881, p=0,007) (slika 3E). Povećana gama snaga tokom prvog kodiranja i drugog kodiranja nije bila u korelaciji sa poboljšanjem radne memorije (sve p > 0,05).

Diskusija

Trenutna studija je otkrila da je električna stimulacija usmjerena na ANT bila efikasna u poboljšanju preciznosti radne memorije. Zaista, otkrili smo da ANT stimulacija može povećati gama snagu hipokampusa i smanjiti stopu pojavljivanja IED-a u hipokampusu. Povećana gama snaga hipokampusa značajno je korelirala sa prosudbama o preciznosti radne memorije, što je dalo uzročnu ulogu hipokampalno-prednje talamičke ose u preciznosti radne memorije.

Slika 3. ANT stimulacija povećava gama aktivnost hipokampusa. (A) Svi hipokampalni kontakti (56 kontakata od 8 pacijenata) ocrtani su u MNI prostoru. (B) Pre-stimulusna gama snaga (pokusi sa stimulacijom naspram pokušaji bez stimulacije). Zamračenje (0e1 s) je trajanje električne stimulacije. (C) Gama snaga (30e100Hz) bila je značajno veća za oglede sa stimulacijom od pokušaja bez stimulacije tokom fiksacije prije stimulusa na osnovu LME modela (b¼ {{ 21}}.155, t(110) ¼ 3.447, p < 0.001)="" (d)="" korelacija="" između="" promjene="" gama="" snage="" (tj.,="" gama="" snaga="" za="" probe="" sa="" električnom="" stimulacijom="" -="" gama="" snaga="" za="" pokušaje="" bez="" električne="" stimulacije)="" tokom="" fiksacije="" pre="" stimulusa="" i="" promene="" memorije="" sd="" (tj.="" sd="" za="" pokušaje="" sa="" električnom="" stimulacijom="" -="" sd="" za="" pokušaje="" bez="" električne="" stimulacije)="" (rho="" ¼="" 0="" .738,="" p="0,046)." (e)="" značajna="" korelacija="" između="" promjene="" gama="" snage="" tokom="" izvlačenja="" (tj.,="" gama="" snage="" za="" pokuse="" s="" električnom="" stimulacijom="" -="" gama="" snage="" za="" pokušaje="" bez="" električne="" stimulacije)="" i="" promjene="" sd="" prisjećanja="" (tj.="" sd="" za="" pokuse="" s="" električnom="" stimulacijom="" -="" sd="" za="" pokuse="" bez="" električne="" stimulacije)="" stimulacija)="" (rho="0,881," p="0,007)." svaki="" obojeni="" krug="" označava="" jednog="" pacijenta.="" (f)="" gama="" snaga="" je="" značajno="" povećana="" tokom="" izvlačenja="" u="" ispitivanjima="" sa="" stimulacijom="" zasnovanom="" na="" lme="" modelu="" (b="0,104," t(110)="3,471," p="">< 0,001).="" ***p=""><>

Slika 4. ANT stimulacija smanjuje stopu IED hipokampusa. (A) Prosječna stopa IED-a od početka prvog kvadrata u boji do reakcije je značajno smanjena za pokuse s električnom stimulacijom u poređenju sa pokusima bez električne stimulacije (b ¼ 0.010, t(110) ¼ 2.782, p=0.006). (B) Dva primjera IED-a (označena crvenim kružićima) su otkrivena automatskim algoritmom detekcije. (C) Rasterski dijagram otkrivenih IED-ova u ispitivanjima bez stimulacije (gornji) i sa stimulacijom (donji) za pacijenta 2. Svaka vertikalna crvena traka označava IED detektovan u određeno vrijeme. (Za tumačenje referenci na boju u ovoj legendi slike, čitalac se upućuje na web verziju ovog članka.)

Veliki broj studija pokušao je poboljšati pamćenje putem električne stimulacije dostavljene strukturama povezanim s hipokampusom i dalo je nedosljedne rezultate [22,23,25,48]. Trenutna studija je primjenjivala električnu stimulaciju na ANT, jednu od primarnih komponenti u Papez krugu. Papezov krug je predložen kao anatomska osnova memorije [49]. Istraživači su predložili da modulacija neuronske aktivnosti u ovom krugu može utjecati na aktivnost hipokampusa i na taj način promijeniti performanse memorije. U skladu s tim, otkrili smo da je električna stimulacija poboljšala preciznost radne memorije, što se može predvidjeti povećanom gama snagom hipokampusa. Naši rezultati podržavaju rastući konsenzus da direktna električna stimulacija može modulirati aktivnost distribuirane mreže povezane s mjestom stimulacije [24,50]. Ovaj zaključak bio je u skladu s perspektivom neinvazivne stimulacije koja se koristi za istraživanje dinamike i organizacije moždane mreže [51].

Isporučili smo električnu stimulaciju ANT-u i otkrili da stimulacija poboljšava preciznost radne memorije. Budući da ovaj rezultat ukazuje na zahvaćenost hipokampalno-prednje talamičke ose, postoje dvije mogućnosti za poboljšanje preciznosti radne memorije. Prvo, sama ANT stimulacija može direktno poboljšati pamćenje jer je kritična komponenta proširenog hipokampalnog sistema koji podržava pamćenje [19,20]. Nadalje, prijavljeno je da ANT igra vitalnu ulogu u pažnji vođenoj pamćenjem [16,17,52]. Štaviše, nedavna studija je otkrila zajedničke neuronske mehanizme između pažnje i radne memorije [53]. Drugo, preciznost radne memorije je poboljšana moduliranom aktivnošću u hipokampusu. ANT je gusto povezan sa hipokampusom [13,15]. Nedavna studija sugerira da je bitno modulirati kognitivne funkcije stimulacijom jednog od povezanih čvorova koji čine funkcionalnu mrežu [24]. Zaista, otkrili smo da ANT stimulacija može povećati gama snagu hipokampusa, a povećana gama snaga je bila prediktivna za poboljšanu preciznost radne memorije. Predloženo je da hipokampus bude uključen u obradu radne memorije bilo kada se održava više stavki ili kada su objekti predstavljeni uzastopno [5,54]. Studije na ljudima i na životinjama pokazale su da je radna memorija povezana s gama aktivnošću u hipokampusu [5,6,8]. Stoga, modulirana aktivnost u hipokampusu može doprinijeti poboljšanju radne memorije.

Moguće je da električna stimulacija dostavljena ANT-u može promijeniti mentalno stanje pacijenta povećanjem budnosti ili pažnje prije unosa stimulusa. Više studija je pokazalo da neuronska aktivnost pre stimulusa može objasniti varijabilnost perceptivnih i kognitivnih performansi od jednog do drugog pokušaja [32e35]. U skladu s tim, povećana pre-stimulusna gama snaga hipokampusa bila je u korelaciji s poboljšanjem pamćenja. Osim toga, gama snaga tokom perioda kodiranja i preuzimanja je također poboljšana električnom stimulacijom. Povećana gama snaga tokom izvlačenja takođe je predvidjela poboljšanje memorije. Naši rezultati su bili u skladu s prethodnom studijom da je gama snaga hipokampusa neophodna za izvršavanje radne memorije [8]. Uzeto zajedno, moguće je da električna stimulacija dostavljena ANT-u može povećati budnost ili pažnju pacijenta tokom faze pre stimulusa i dalje uticati na naknadno kodiranje i pronalaženje memorije.

Također smo primijetili da ANT stimulacija može potisnuti patološko pražnjenje hipokampusa, u skladu s našom prethodnom kliničkom studijom [14]. Međutim, smanjenje IED-a ne može predvidjeti poboljšanje radne memorije, iako je više studija pokazalo da je hipokampalni IED povezan s performansama pamćenja [43,44,55]. Moguće je da IED prvenstveno utiče na dugotrajnu memoriju, a ne na radnu.

Postoje četiri ograničenja za ovu studiju. Prvo, veličina uzorka je bila relativno mala. Potvrda uočenog stimulativnog efekta zahtijevala je daljnje istraživanje regrutovanjem velikog broja učesnika. Takođe, ova mala veličina uzorka ograničila nas je na dalje istraživanje lateralnog efekta ANT stimulacije. Drugo, sve osobe u ovoj studiji bili su pacijenti sa epilepsijom rezistentnom na lijekove. Stoga generalizaciju trenutnih rezultata na druge grupe treba tretirati s oprezom. S druge strane, mnogi pacijenti s epilepsijom su prijavili nedostatak pamćenja, a poboljšanje pamćenja za njih je u suštini terapijski cilj. Treće, ova studija je otkrila da ANT stimulacija može poboljšati preciznost radne memorije kod ljudi. Međutim, nije poznato da li drugi parametri stimulacije, kao što su intenzitet, trajanje i period stimulacije, također mogu modulirati performanse radne memorije. Četvrto, moguće je da električna stimulacija dostavljena ANT-u može povećati budnost ili pažnju pacijenta tokom faze prije stimulusa i dalje utjecati na naknadno kodiranje i pronalaženje memorije. Međutim, u ovoj studiji ne možemo odrediti koja je faza važnija za poboljšanje radne memorije. Buduće studije mogu to direktno testirati davanjem električne stimulacije tokom različitih faza odvojeno.

Zaključak

Ova studija je pokazala da intrakranijalna električna stimulacija prednje jezgre talamusa može poboljšati preciznost radne memorije i povećati gama aktivnost hipokampusa. Povećana gama aktivnost hipokampusa tokom pre-stimulusa i preuzimanja bila je prediktivna za poboljšanje preciznosti radne memorije. Ovi rezultati ukazuju na kritičnu ulogu hipokampalno-prednje talamičke ose u preciznosti radne memorije.