Promjene moždane povezanosti tijekom spavanja transkranijalnom neurostimulacijom zatvorene petlje predviđaju osjetljivost na metamemoriju, 1. dio

SAŽETAK

Metapamćenje uključuje sposobnost da ispravno procijenimo tačnost naših sjećanja. Retrievalof memorija može se poboljšati korištenjem transkranijalne električne stimulacije (tES) tokom spavanja, ali dokazi za poboljšanje osjetljivosti metamemorije su ograničeni.

Dohvaćanje memorije se odnosi na proces preuzimanja informacija pohranjenih u mozgu na različite načine kada dođe do zaboravljanja pamćenja. U našem svakodnevnom studijskom životu, pamćenje je vrlo važna karika. Ne samo da nam može pomoći da konsolidujemo znanje koje smo naučili, već i poboljšati naše pamćenje.

Pamćenje je sposobnost osobe da čuva i prisjeća informacije i neodvojivo je od učenja. Samo sa jakim pamćenjem možemo savladati više znanja i vještina i igrati veću ulogu u našem svakodnevnom životu.

Povratak memorije i pamćenje su usko povezani. Dohvaćanje memorije je kada trebamo upotrijebiti određeno znanje, mi ćemo ga pretraživati ​​i prisjećati se, a ovaj proces pretraživanja i prisjećanja je vraćanje memorije. Ako naše pamćenje nije dovoljno snažno, imat ćemo poteškoća s vraćanjem pamćenja i možemo zaboraviti, što će utjecati na naš učinak učenja i performanse.

Stoga, poboljšanje pamćenja nije jednostavna stvar, ali možemo koristiti neke naučne metode i tehnike koje će nam pomoći da poboljšamo pamćenje. Na primjer, možemo konsolidirati pamćenje kroz ponovljeno učenje, koristiti vještine asocijacija za dalje produbljivanje pamćenja ili aktivirati naš mozak na različite načine kako bismo dodatno poboljšali pamćenje.

Ukratko, pronalaženje memorije i pamćenje su usko povezani. Samo kada imamo jaku memoriju, možemo bolje izvesti pamćenje i postići bolje rezultate učenja. Imajmo hrabrosti da izazovemo sebe, poboljšamo svoje pamćenje kroz kontinuirano učenje i praksu i postavimo čvrste temelje za našu budućnost. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje jer je cistanche deserticola tradicionalni kineski ljekoviti materijal koji ima mnogo jedinstvenih učinaka, od kojih je jedno poboljšanje pamćenja. Djelotvornost Cistanche deserticola dolazi od višestrukih aktivnih sastojaka koje sadrži, uključujući taninsku kiselinu, polisaharide, flavonoidne glikozide, itd. Ovi sastojci mogu promovirati zdravlje mozga na različite načine.

Kliknite na saznajte 10 načina za poboljšanje memorije

Primjena tES može poboljšati konsolidaciju memorije ovisnu o spavanju, koja zajedno s metamemorijom zahtijeva koordinaciju aktivnosti kroz distribuirane neuronske sisteme, što sugerira da je ispitivanje funkcionalne povezanosti važno za razumijevanje ovih procesa.

Ipak, malo istraživanja je ispitalo kako se funkcionalne modulacije povezivanja odnose na promjene u metamemorijskoj osjetljivosti preko noći. Ovdje smo razvili kratkotrajnu tES metodu zatvorene petlje, vremenski zaključanu za upravna stanja tekućih sporotalasnih oscilacija, kako bismo ukazali na ponavljanje specifične memorije kod ljudi. Izmjerili smo elektroencefalografske (EEG) promjene koherencije nakon impulsa stimulacije i karakterizirali promjene mreže pomoću teorijske metrike grafova.

Koristeći tehnike mašinskog učenja, pokazujemo da je impulsni tES izazvao mrežne promjene u višefrekventnim opsezima, uključujući povećanu povezanost u theta opsegu i povećanu efikasnost u opsegu vretena. Dodatno, stimulacijom izazvane promjene u dužini putanje beta pojasa bile su prediktivne za promjene u metamemorijskoj osjetljivosti preko noći.

Ovi nalazi dodaju nove uvide u sve veću literaturu koja istražuje povećanje performansi pamćenja kroz moždanu stimulaciju tokom spavanja i naglašavaju važnost ispitivanja funkcionalne povezanosti kako bi se objasnili njeni efekti.

SAŽETAK AUTORA

Brojne studije su pokazale jasnu vezu između sna i pamćenja – naime, uspomene se konsoliduju tokom spavanja, što dovodi do stabilnijih i dugotrajnijih predstava.

Ranije smo pokazali da označavanje epizoda specifičnim obrascima moždane stimulacije tokom kodiranja i ponavljanje tih obrazaca tokom spavanja može poboljšati ovaj proces konsolidacije kako bi se poboljšalo samopouzdanje i donošenje odluka o uspomenama (metamemorija).

Ovdje proširujemo ovaj rad kako bismo ispitali promjene mozga na nivou mreže koje se javljaju nakon stimulacije tokom spavanja koje predviđaju poboljšanja metamemorije. Koristeći teoriju grafova i metode mašinskog učenja, otkrili smo da stimulacijom izazvane promjene u dužini puta beta pojasa predviđaju poboljšanja metamemorije preko noći.

Ovo novo otkriće baca novo svjetlo na neuronske mehanizme konsolidacije memorije i sugerira potencijalne primjene za poboljšanje metamemorije.

UVOD

Mozak ima izvanrednu sposobnost da pretvori kratke susrete i epizode, čak i "jednokratne" susrete, u dugotrajna sjećanja. Ovo se događa kroz proces poznat kao konsolidacija memorije, u kojem se sjećanja u labilnom stanju reproduciraju tokom spavanja i pretvaraju u stabilnije reprezentacije. Međutim, uspješno vraćanje sjećanja uključuje procese kontrole i donošenja odluka, pa čak i sjećanja koja se konsoliduju tokom spavanja mogu biti teška za prisjetiti se ili povratiti s malo povjerenja u njihovu istinitost (Koriat & Goldsmith, 1996).

Osetljivost na meta-pamćenje, ili sposobnost pojedinca da pouzdano proceni tačnost svojih sećanja, igra ključnu ulogu u upotrebi naših sećanja. Na primjer, očevidac zločina je možda uspješno kodirao kritične detalje epizode, ali možda nije siguran u svoje pamćenje, što je dovelo do pogrešnih odluka (Luus & Wells, 1994; Memonet al., 2003; Sporer et al., 1995) .

Stoga je poboljšanje ne samo pronalaženja memorije, već i osjetljivosti metamemorije od kritične važnosti. Ovdje smo istražili poboljšanje osjetljivosti intervencijom dok su pojedinci spavali. Za vrijeme spavanja, neuronski ansambli koji predstavljaju prethodno kodirana sjećanja se reaktiviraju iu hipokampusu i u neokortikalnim područjima (Euston et al., 2007; Ji & Wilson, 2007; Nádasdyet al., 1999. Sirota i dr., 2003. Skaggs & McNaughton, 1996.;

Ponovne reprodukcije memorije se uglavnom primećuju tokom sporotalasnog spavanja, posebno tokom pozitivnih faza, ili up-stanja, tekuće 0.5–1,2 Hz oscilacije (Lee & Wilson, 2002; Mölle & Born, 2011). Reaktivacije neuronskih obrazaca specifičnih za kodiranje praćene su talamokortikalnim oscilatornom aktivnošću od 12-15 Hz poznatom kao vretena, kao i kratkotrajnim visokofrekventnim naletima u hipokampusu zvanim talasi (De Gennaro & Ferrara, 2003; Mölleet al., 2000).

Zamršena koordinacija ponavljanja, vretena i talasa je od suštinskog značaja za olakšavanje konsolidacije sjećanja u dugoročno skladištenje ili za prijenos sjećanja iz hipokampusa u neokorteks (McClelland et al., 1995; McGaugh, 2000; Rasch & Born, 2013; Staresinaet al., 2015.).

Konsolidacija sećanja ne samo da može olakšati njihovo kasnije pronalaženje, već može biti povezana i sa budućim poverenjem pojedinca u njih; naime, konsolidacija može ojačati sjećanja i poboljšati učenje (Walker & Stickgold, 2004), a povjerenje u sjećanja je povezano s vjernošću pamćenja (Dallenbach, 1913).

Stoga, ciljanje procesa konsolidacije intervencijom može imati koristi ne samo za uspjeh pronalaženja, već i za osjetljivost metamemorije. Tokom protekle decenije, istraživači su sve više istraživali načine za jačanje procesa konsolidacije memorije putem vanjskih manipulacija. Ove intervencijske studije su pokazale da se konsolidacija pamćenja ovisno o spavanju može poboljšati na dva načina.

Prvo, reaktivacije pamćenja mogu se pokrenuti tokom spavanja ponovnim izlaganjem pojedinaca vanjskim senzornim znakovima, kao što su mirisi ili zvuci koji su bili prisutni tokom kodiranja (Antony et al., 2012; Oudiette & Paller, 2013; Schreiner & Rasch, 2014; Rasch et al. , 2007. Rudoy et al., 2009.). Ova reaktivacija signala može dovesti do prednosti u opozivu za specifične stavke koje su prethodno bile povezane sa znakovima.

Drugo, višestruke studije su pokazale da primjena transkranijalne električne stimulacije (tES) na određenim frekvencijama na mozak tijekom spavanja može potencirati endogene elektrofiziološke procese, što dovodi do olakšavanja konsolidacije pamćenja i naknadnog prepoznavanja ili prisjećanja (Ketz et al., 2018; Ladenbauer et al. , 2016., 2017. Lustenbergeret, 2016., 2006., 2004.;

Ove studije su pokazale generalno povećanje performansi vraćanja memorije nakon tES-a tokom spavanja. Važno je da ova korist za pamćenje povezana sa stimulacijom može biti posljedica frekventno specifičnih promjena u funkcionalnoj povezanosti između regija mozga (Krause et al., 2017).

Ukratko, prethodna istraživanja pokazuju da se vraćanje sjećanja može ojačati neurostimulacijom tokom spavanja, i potencijalno bi sugeriralo da bi pojedinci također imali veću osjetljivost na metamemoriju ili veću korelaciju u točnosti i samopouzdanju svojih odluka o pamćenju za ove epizode.

Zaista, neka istraživanja su pokazala vezu između zdravog neprekidnog sna i prosuđivanja netaknute metamemorije (Dauratet al., 2010). Međutim, to možda nije slučaj, jer su druga istraživanja pokazala podjele između odluka prvog reda (presude o priznanju) i odluka drugog reda (presude o povjerenju; Del Cul et al., 2009.; Hebart et al., 2016.; Rounis et al. al., 2010).

Ovo je važno, jer se pouzdanost pamćenja može smanjiti tokom vremena (Shapira & Pansky, 2019), što dovodi do grešaka u izvještavanju o memoriji i lošijeg donošenja odluka.

Pokazalo se da neuronska stimulacija prefrontalnog korteksa poboljšava praćenje memorije za pitanja općeg znanja (Chua& Ahmed, 2016; Chua et al., 2017), a stimulacija theta burst-a za smanjenje aktivnosti frontopolarnog korteksa utječe na metakognitivne prosudbe (Ryals et al. , 2016), sugerirajući da bi tEStehnike mogle biti efikasne za poboljšanje i održavanje osjetljivosti pamćenja za epizode kodirane s jednim snimkom.

Zaista, nedavni rad u našoj laboratoriji pokazao je da se jedinstveni prostorno-vremenski amplitudno modulirani obrasci (STAMP-ovi) tES-a mogu koristiti za jačanje konsolidacije sna i osjetljivosti prosudbi specifičnih epizodnih sjećanja stečenih u imerzivnoj virtuelnoj stvarnosti (Pilly et al., 2020).

U ovom radu, proširujemo prethodni rad na reaktivaciji memorije pomoću znakova istraživanjem promjena u funkcionalnoj povezanosti nakon kratkotrajnih tES obrazaca (naime, STAMP-ova) tokom spavanja.

Ranije se pokazalo da na funkcionalnu povezanost utiče tES tokom buđenja (Polanía et al., 2011, 2012), kao i konsolidacija memorije tokom spavanja (Mölleet al., 2004). Osim toga, smatra se da je konsolidacija sjećanja u mozgu proces na nivou sistema, jer je podržan kombinacijom kratkog i dugog dometa komunikacije kroz moždane strukture (Staresina et al., 2015).

Ovo je vjerovatno slično metamemoriji, jer su istraživanja pokazala povezanost između distribuirane mreže moždanih područja, uključujući frontalni korteks, prekuneus i hipokampus, podržava pamćenje i metakognitivne prosudbe (Baird et al., 2013; Molenberghs et al., 2016; Morales i dr., 2018., Ye et al., 2019.);

Stoga je kritično razumjeti kako se promjene u funkcionalnoj povezanosti odnose na ovaj proces; međutim, prema našim saznanjima, nijedna studija do danas nije ispitala kako promjene u funkcionalnoj povezanosti zbog stimulacije tokom spavanja mogu utjecati ili se odnositi na procese konsolidacije pamćenja i donošenja odluka.

Da bismo ispitali promjene u funkcionalnoj povezanosti, koristili smo mjere EEG koherencije (Nunez,1995), posebno imaginarni dio koherencije (Nolte et al., 2004), i izdvojili karakteristike povezanosti iz podataka koherentnosti teorijskim analizama grafova (Bullmore & Sporns , 2009; Sporns, 2003).

Ovaj pristup modelira funkcionalnu povezanost mozga kao međusobno povezan grafikon i omogućava istraživanje odnosa između mrežne strukture i funkcije.

Iako smo bili zainteresovani za promene povezivanja u opsegu Spindle, proširili smo analizu na nekoliko drugih frekventnih opsega, jer je aktivnost u mnogim spektralnim opsezima bila povezana sa procesima memorije (Hanslmayr & Staudigl, 2014; Hanslmayr et al., 2012; Lisman & Jensen, 2013). Zaposlili smo tehnike zasnovane na mašinskom učenju da bismo odredili važne teorijske karakteristike grafova za razlikovanje između aktivnih i lažnih uslova stimulacije, kao i predviđanje promena tokom noći u ponašanju epizodnog pamćenja.

Na ovaj način pružamo novi uvid u modulacije u funkcionalnoj povezanosti nakon pulsnog tES-a koje su povezane s promjenama u metamemoriosjetljivosti za specifične epizodne uspomene.

MATERIJALI I METODE

Učesnici prijavljeni u ovom radu su ista grupa učesnika iz Pilly et al. (2020). Oni su primili jedinstvene kratke prostorno-vremenske obrasce tES-a (naime, STAMP-ove) tokom kodiranja epizodnih informacija, od kojih je polovina ponovo primijenjena tokom up-stanja sporih talasnih oscilacija (SWO) tokom narednih noći kako bi ukazali na reaktivaciju specifičnih povezanih sjećanja (aktivno stanje).

U drugom trenutku, iste osobe su također izvršile zadatak pamćenja bez moždane stimulacije (Sham stanje).

Stoga su nas zanimale ne samo promjene u funkcionalnoj povezanosti koje su se razlikovale između aktivnih i lažnih uvjeta stimulacije, već i promjene povezivanja nakon STAMP-ova koje su bile povezane s promjenama u prisjećanju specifičnih epizodnih sjećanja od prije do spavanja.

Učesnici

Ukupno 30 zdravih učesnika završilo je eksperiment, koji su regrutovani pomoću letaka postavljenih oko kampusa Univerziteta u Novom Meksiku i okolne zajednice i primili su novčanu nadoknadu po završetku studije.

Od toga, šest učesnika je isključeno iz analiza zbog neuspjeha opreme za stimulaciju tokom Aktivne noći ili zbog nepoštivanja uputstava za zadatak.

EEG podaci spavanja od dodatnih šest učesnika nisu se mogli koristiti za izračunavanje mjera funkcionalne povezanosti zbog prevelikih artefakata, što je dovelo do uključivanja N=18 učesnika u završnu analizu i izvještavanje. Svi učesnici su dali potpisani informirani pristanak za učešće u studiji, koju je odobrio Chesapeake Institutional Review Board.

Svi učesnici su bili izvorni govornici engleskog jezika, imali su normalan ili korigovan na normalan sluh i vid i nisu imali istoriju neuroloških ili psihijatrijskih poremećaja ili zloupotrebe droga.

Bihevioralna paradigma i procedura
Pregled eksperimentalne procedure prikazan je na slici 1. Eksperiment je sastavljen od perioda aklimatizacije kako bi se učesnici obučili i pustili da spavaju u laboratoriji, nakon čega su uslijedile dvije eksperimentalne noći koje su uključivale učenje i testiranje.

Noć aklimatizacije je samo omogućila učesnicima da se naviknu na spavanje u laboratoriji, a EEG podaci nisu zabilježeni niti analizirani iz tog perioda. Učesnici su kodirali informacije prve eksperimentalne noći. Zadatak pamćenja sastojao se od gledanja epizoda virtuelne stvarnosti administriranih pomoću HTC Vive VR slušalica, nakon čega je slijedilo nekoliko testova memorije na detaljima iz epizoda.

Učesnici su kodirali 14 vinjeta virtuelne stvarnosti, od kojih svaka traje oko minut, prikazujući niz događaja sa dva ili više likova koji vrše neku radnju oko stambenog kompleksa. Dodatna vinjeta koja je bila duža korišćena je za obuku učesnika tokom perioda aklimatizacije. Učesnici su testirani na svojoj memoriji za vinjete u pet testnih sesija koje su vođene tokom 48 sati sa kompjuterizovanim zadatkom koji nije VR ugrađen u MATLAB-u.

Za svaku vinjetu, konstruisano je 10 test zadataka koji su se sastojali od izjava Tačno/Netačno o specifičnim aspektima vinjete. Svaka od pet testnih lista sadržavala je 28 stavki, po 2 za svaku vinjetu. Učesnici su prijavili da li su izjave testa bile tačne/netačne, kao i pouzdanost njihovog prisjećanja na skali od 1-10. Učesnici su spavali u laboratoriji svake od tri noći.

Procedura se sastojala od četiri eksperimentalne sesije i jedne sesije aklimatizacije. U sesiji aklimatizacije, učesnici su gledali vinjetu za dugu praksu, odgovarali na pitanja testa za vježbu, a nakon toga su spavali u laboratoriji. U sljedećoj prvoj eksperimentalnoj sesiji (sesija 1), učesnici su kodirali eksperimentalne stimuluse.

Polovina učesnika je tokom gledanja vinjeta dobila jedinstvene tES sa jedinstvenim PEČATIMA (Aktivno stanje), dok druga polovina nije dobila nikakvu stimulaciju (Prividno stanje). Učesnici su dobili suprotan uslov stimulacije tokom dvije dodatne eksperimentalne noći u razmaku od otprilike 1 sedmice. Nakon završetka procedure gledanja vinjeta, učesnici su dobili svoj prvi test pamćenja, a zatim su prespavali preko noći u laboratoriji. Ova noć, a ne noć privikavanja, smatrana je "Noć 1."

Učesnici u Aktivnom stanju dobili su polovinu STAMP-ova tokom noći kako bi ukazali na konsolidaciju specifičnih uspomena tokom noći. Nasuprot tome, učesnici u lažnom stanju nisu primili stimulaciju tokom noći. Imajte na umu da nam je ovaj dizajn studije omogućio da uporedimo performanse memorije za epizode koje su primile STAMP stimulaciju tokom kodiranja i spavanja (Tag & Cue) sa epizodama koje su primile samo stimulaciju prilikom kodiranja (Tag & No Cue). Za analize povezivanja, fokusirali smo se na Tag & Cue i Sham (bez kodiranja ili stimulacije spavanja) uslove.

Nakon što su se učesnici probudili, dat im je drugi test pamćenja i eksperimentalna sesija je završena. Druga eksperimentalna sesija (Sesija 2) je održana uveče nakon prve sesije. Učesnici su uveče dobili treći test pamćenja, otišli su na spavanje, i dobio još jedan test memorije nakon buđenja.

Ovaj drugi period spavanja u laboratoriji smatran je "Noć 2". Učesnici aktivnih grupa ponovo su tokom noći dobili PEČATE. Konačni test pamćenja primijenjen je kasnije uveče. Za suprotno stanje stimulacije (sesije 3 i 4), učesnici su pregledali novi set od 14 vinjeta i davali su im odgovarajuće testove pamćenja tokom 2 dana. Na ovaj način, eksperiment je bio manipulacija unutar subjekta, sa aktivnim i lažnim uslovima koji su se javljali u razmaku od otprilike 1 sedmice.

Dodjela redoslijeda uvjeta stimulacije (Prvo aktivna naspram lažno prva), kao i dodjela vinjeta, bila je protivteža među učesnicima. Analize objavljene u ovom radu fokusiraju se na Noć 2, gdje su otkriveni najveći bihevioralni efekti STAMP stimulacije (vidi Pilly et al., 2020, za više detalja).

For more information:1950477648nn@gmail.com