Perubahan Ketersambungan Otak Semasa Tidur Oleh Rangsangan Neurostimulasi Transkranial Gelung Tertutup Ramalkan Sensitiviti Metamemori Bahagian 3

KEPUTUSAN

Kesan Tingkah Laku

Seperti yang dilaporkan oleh Pilly et al. (2020), rangsangan STAMP tidak membawa kepada peningkatan yang ketara dalam ketepatan ingatan ingatan secara keseluruhan. Walau bagaimanapun, rangsangan STAMP membawa kepada kepekaan metamemori yang lebih baik pada Hari ke-3 percubaan (mengikuti Malam 2).

Kepekaan metamemori merujuk kepada kesedaran dan pemahaman seseorang tentang keupayaan ingatan yang dimilikinya, manakala keupayaan ingatan merujuk kepada keupayaan ingatan seseorang yang ditunjukkan dalam amalan tertentu. Terdapat hubungan rapat antara keduanya.

Pertama, kepekaan metamemory secara langsung mempengaruhi prestasi memori. Jika seseorang percaya bahawa dia yakin tentang jenis ingatan tertentu, dia akan cenderung untuk bekerja lebih keras untuk mengingatinya dan melakukan lebih baik pada jenis tugas ingatan itu. Sebaliknya, jika seseorang kurang yakin dengan kebolehan ingatan mereka, ia mungkin menyebabkan mereka kurang berprestasi dalam tugasan ingatan, sekali gus mengurangkan keupayaan ingatan mereka.

Kedua, sensitiviti metamemory positif membantu meningkatkan ingatan. Jika seseorang percaya bahawa terdapat ruang untuk peningkatan dalam keupayaan ingatan mereka, mereka akan lebih aktif dalam melatih keupayaan ingatan mereka, dengan itu meningkatkan ketepatan dan ketekunan ingatan. Mereka yang percaya bahawa keupayaan ingatan mereka telah mencapai kemuncaknya selalunya tidak dapat menerima cabaran ingatan baru dan dengan itu terlepas peluang untuk meningkatkan keupayaan ingatan mereka.

Oleh itu, kita perlu secara aktif memupuk sensitiviti meta-memori kita, memecahkan sekatan dan tetapan pada kebolehan ingatan kita, dan percaya bahawa kita boleh terus menambah baik dalam tugas ingatan. Pada masa yang sama, kita juga perlu bergantung kepada latihan dan latihan terkumpul untuk meningkatkan keupayaan ingatan kita supaya ia boleh digunakan dengan lebih berkesan dalam amalan tertentu. Hanya dengan cara ini kita boleh memaksimumkan potensi ingatan kita dan mencapai hasil yang lebih baik. Ia boleh dilihat bahawa kita perlu meningkatkan ingatan, dan Cistanche deserticola boleh meningkatkan memori dengan ketara, kerana Cistanche deserticola juga boleh mengawal keseimbangan neurotransmitter, seperti meningkatkan tahap asetilkolin dan faktor pertumbuhan. Bahan-bahan ini sangat penting untuk ingatan dan pembelajaran. Selain itu, Cistanche deserticola juga boleh meningkatkan aliran darah dan menggalakkan penghantaran oksigen, yang dapat memastikan otak menerima nutrien dan tenaga yang mencukupi, seterusnya meningkatkan daya hidup dan daya tahan otak.

Klik tahu suplemen untuk meningkatkan ingatan

Khususnya, ujian-t bergantung membandingkan kepekaan metamemori merentas keadaan mendedahkan bahawa sensitiviti dalam Tag & Syarat Kiu adalah jauh lebih besar daripada kedua-dua syarat Teg & Tiada Kiu [t(23)=3.51,dilaraskan p < 0 .01, pembetulan Holm–Bonferroni untuk dua perbandingan; sampel berpasangan Cohen'sd=0.72] dan keadaan Sham [t(23)=2.089, laras p=0.048, pembetulan Holm–Bonferroniuntuk dua perbandingan; sampel berpasangan Cohen's d=0.43].

Peningkatan ketara dalam sensitiviti metamemory hanya ditemui pada Hari ke-3 percubaan. Oleh itu, penggunaan STAMP semasa SWO dalam dua malam berikutan tontonan satu pukulan membawa kepada peningkatan khusus ingatan meta untuk episod yang ditanda dan ditanda.

Perubahan Kesepaduan Global

Sebagai laluan pertama, kami mengkaji perubahan keseluruhan dalam koheren min merentas kulit kepala disebabkan oleh rangsangan STAMP untuk menentukan sama ada rangsangan membawa kepada sebarang perubahan yang boleh diukur dalam ketersambungan.

Selain itu, kami berusaha untuk meniru kerja sebelumnya dan menilai sama ada rangsangan akan menghasilkan perubahan yang sama dalam koheren seperti pembelajaran semasa tidur (Mölle et al., 2004). Kerja terdahulu (Mölle et al., 2004) melaporkan modulasi delta, gelendong, dan koheren jalur gamma semasa tidur selepas pembelajaran; Sebaliknya, kerja lain (Polanía et al., 2011) menunjukkan peningkatan ketersambungan merentas semua jalur frekuensi berikutan rangsangan tDCS.

Oleh itu, kami membuat hipotesis bahawa rangsangan STAMP akan meningkatkan koheren min berbanding dengan keadaan Sham dalam jalur delta, gelendong, dan gamma, tetapi meneliti perbezaan dalam jalur lain serta dengan ujian statistik konservatif.

Nilai min iCoh dalam semua jalur frekuensi telah dikira untuk data yang diperbetulkan garis dasar Aktif dan Sham untuk menyiasat perubahan ketersambungan global, dan dengan itu ujian-t satu hujung telah dijalankan pada nilai koheren min dalam setiap jalur frekuensi dan telah diperbetulkan kerana menggunakan kadar penemuan palsu p< 0.05 (Benjamini & Hochberg, 1995). 

Peta koheren yang menunjukkan ketersambungan yang lebih besar dalam keadaan Aktif merentas kulit kepala divisualisasikan dengan menetapkan ambang visualisasi kepada maksimum keadaan Sham untuk setiap jalur frekuensi, pada asasnya menolak keadaan Syam. Perubahan koheren min akibat rangsangan dalam jalur frekuensi berbeza diplot dalam Rajah 3.

Plot topografi memaparkan koheren antara pasangan elektrod dalam keadaan Aktif, dihalang oleh koheren dalam keadaan Sham, manakala plot kotak ditunjukkan pada nilai koheren purata di seluruh kulit kepala. Analisis perubahan keseluruhan dalam koheren merentas kulit kepala mendedahkan bahawa STAMP menghasilkan peningkatan ketara dalam koheren dalam berbilang jalur frekuensi.

Koheren EEG meningkat dengan ketara berikutan STAMP dalam jalur theta, alfa dan gelendong ( p < 0.05) berbanding dengan keadaan Sham. Purata koheren dalam jalur delta, beta dan gamma tidak berbeza dengan ketara antara keadaan rangsangan . Oleh itu, perubahan yang disebabkan oleh rangsangan STAMP dalam ketersambungan otak dalam jalur frekuensi tertentu.

Klasifikasi dan Ramalan Tingkah Laku

Keputusan daripada analisis klasifikasi diplotkan dalam Rajah 4 dan digariskan dalam Jadual 1. Nilai purata kepentingan merentas lipatan untuk ciri yang dipilih Boruta diplot di sebelah kiri, dengan ciri yang dianggap penting secara konsisten diserlahkan dalam warna hijau (dengan ketara melebihi purata maksimum bayang-bayang). Merentasi lipatan, jejari dalam jalur gelendong (12–15 Hz) secara konsisten dipilih sebagai ciri yang paling penting.

Ciri penting lain termasuk: panjang laluan (12–15 Hz) dan min koheren dan ketumpatan (3–8 Hz). Lengkung ROC prestasi pengelas diplot di sebelah kanan. Seperti yang digariskan dalam Mason dan Graham (2002), ujian Mann–Whitney U telah dijalankan pada setiap pengelas untuk menentukan sama ada prestasi pengelas adalah signifikan secara statistik melebihi peluang (AUC=0.5). Semua ujian melaporkan nilai p yang signifikan (p <0.001).

Kami juga mengira 95% selang keyakinan menggunakan pendekatan pensampelan semula bootstrap astratified dengan 10,000 replikasi bootstrap, yang seterusnya menunjukkan prestasi pengelasan berkemungkinan tinggi (Carpenter & Bithell, 2000).

Oleh itu, ketepatan klasifikasi berada di atas peluang, dan mengambil pembolehubah teratas daripada analisis klasifikasi dan regresi (panjang laluan dalam 16–30 Hz dan jejari dalam 12–15 Hz) membawa kepada prestasi pengelasan terbaik.

Sebagai analisis susulan, empat ciri yang dipilih oleh algoritma Boruta untuk pengelasan telah diserahkan kepada ujian-t, menguji perbezaan ketersambungan antara keadaan Aktif dan Sham. Nilai p yang terhasil telah diperbetulkan dengan kadar penemuan palsu yang ditetapkan pada {{ 2}}.05.

Nilai p yang diperbetulkan untuk panjang dan jejari laluan 12–15 Hz, dan koheren min 3–8 Hz adalah signifikan ( p=0.029); Ketumpatan 3–8 Hz juga signifikan pada tahap keertian alfa ( p=0.05). Oleh itu, ciri ketersambungan yang telah diubah dengan ketara berikutan rangsangan Aktif berbanding rangsangan Sham ditemui oleh saluran paip pemilihan ciri. Panjang laluan dan ciri jejari dari pra- hingga pasca rangsangan telah berkurangan dengan ketara dalam keadaan Aktif berbanding dengan Sham, manakala ciri koheren dan ketumpatan min meningkat dengan ketara berbanding dengan Sham.

Petak kotak yang menunjukkan ciri-ciri ini untuk kedua-dua keadaan dibentangkan dalam Maklumat Sokongan Rajah S3. Keputusan daripada analisis ramalan tingkah laku diplot dalam Rajah 5 dan digariskan dalam Jadual 2.

Di sini, perubahan dalam langkah saraf berikutan rangsangan digunakan sebagai ciri untuk meramalkan perubahan dalam sensitiviti metamemori ujian ingat (AUC) untuk kedua-dua Tag & Kiu dan Shamconditions dari Hari 2 hingga Hari 3 untuk mengenal pasti hubungan tingkah laku otak.

Nilai kepentingan daripada Boruta untuk ciri teori graf diplot di sebelah kiri, panjang laluan dalam jalur beta (16–30 Hz) dianggap sangat penting untuk meramalkan perubahan dalam kepekaan metamemori, dan satu-satunya ciri yang dipilih. Hubungan antara perubahan akibat rangsangan dalam panjang laluan 16–30 Hz dan perubahan semalaman dalam prestasi AUC untuk kedua-dua data Aktif (Tag & Kiu) dan keadaan Sham diplot di sebelah kanan.

Perkaitan antara perubahan dalam panjang laluan jalur beta dan perubahan dalam AUC adalah penting untuk keadaan Aktif (r=−0.66, p=0.003), menunjukkan bahawa individu yang mengalami penurunan panjang laluan berikutan STAMP cenderung menunjukkan perubahan positif dalam prestasi ingatan. Hubungan ini tidak penting untuk keadaan Syam (r=−0.22, p=0.39).

Berdasarkan hasil analisis ini, regresi linear susulan dijalankan dengan meramalkan perubahan semalaman dalam kepekaan metakognitif menggunakan panjang laluan dalam jalur 16–30 Hz untuk kedua-dua data Aktif dan data Sham.

Untuk data Aktif, panjang laluan 16–30 Hz meramalkan perubahan AUC dengan ketara (t=−3.56, p=0.003, adj. R{{7} }.41). Untuk data Sham, panjang laluan 16–30 Hz bukanlah peramal yang ketara (t=−0.88, p=0.39, adj. R2=−0.01). Analisis tambahan untuk membandingkan keadaan Aktif dan Sham juga dilakukan dan digariskan lebih lanjut dalam Maklumat Sokongan.

PERBINCANGAN

Dalam eksperimen ini, para peserta terlibat dalam tugas ingatan episodik sambil menerima corak spatiotemporal unik rangsangan elektrik transkranial, dan subset daripada corak itu digunakan semula semasa SWO dalam keadaan naik pada malam-malam berikutnya untuk menandakan pengaktifan semula ingatan khusus yang berkaitan (lihat Pilly et al. 2020).

Di sini, kami melaporkan perubahan dalam ketersambungan otak berfungsi yang disebabkan oleh corak tES ini semasa tidur yang meramalkan perubahan dalam sensitiviti memori memori daripada sebelum hingga selepas tidur.

Menggunakan teknik pembelajaran mesin untuk mengenal pasti ciri penting untuk mengklasifikasikan antara rangsangan Aktif dan Sham, kami mendapati ciri ketersambungan dalam jalur theta dan gelendong berbeza dengan ketara antara kedua-dua keadaan.

Selain itu, kami mendapati bahawa perubahan dalam panjang laluan dalam jalur beta meramalkan perubahan kepekaan ingatan, dalam peningkatan prestasi sepanjang malam berkaitan dengan penurunan panjang laluan beta berikutan rangsangan.

Diambil bersama, keputusan ini menyumbang kepada badan penyelidikan yang semakin meningkat yang menyiasat proses saraf yang mendasari pengaktifan semula memori dan penyatuan semasa tidur dan mencadangkan bahawa modulasi panjang laluan pada frekuensi tertentu semasa proses penyatuan boleh membawa kepada keyakinan yang lebih tinggi dan membuat keputusan yang lebih baik untuk ingatan yang baru disatukan.

Ledakan pendek tES, atau STAMP, yang digunakan dalam eksperimen semasa meningkatkan keselarasan keseluruhan kulit kepala dalam jalur frekuensi rendah-iaitu, dalam jalur theta, alfa dan gelendong, atau pada asasnya daripada 3–15 Hz. Menariknya, perubahan dalam sambungan jalur gelendong semasa tidur juga didapati selepas pembelajaran; walau bagaimanapun, perubahan dalam ketersambungan tidak ditemui dalam jalur delta atau gamma berikutan rangsangan STAMP, yang agak bertentangan dengan kerja eksperimen sebelumnya (Mölle et al., 2004).

Walau bagaimanapun, protokol rangsangan yang digunakan di sini sebahagian besarnya berbeza daripada kajian terdahulu-iaitu, kami menggunakan semburan pendek arus elektrik teragih spatiotemporal yang direka terutamanya untuk mengisyaratkan kenangan tertentu kerana keunikan dan perkaitannya dengan tempoh pengekodan, bukan memodulasi atau memasukkan spesilasi. Yang penting, aktiviti dalam jalur frekuensi yang dilaporkan, terutamanya jalur theta dan gelendong, adalah berkaitan dengan proses penyatuan ingatan (Staresinaet al., 2015).

Oleh itu, STAMP mungkin telah memodulasi proses berterusan pengaktifan semula atau penyatuan memori semasa tidur, yang membawa kepada perubahan dalam ketersambungan dalam jalur frekuensi yang diperhatikan. Kerja-kerja baru-baru ini telah mempersoalkan keberkesanan tES dalam mempengaruhi tingkah laku dengan ketara (Horvath et al., 2015), serta seperti dalam keupayaannya untuk memodulasi corak tembakan saraf atau aktiviti berayun (Lafon et al., 2017; Vöröslakos et al., 2018).

Walau bagaimanapun, kajian lain telah menunjukkan perubahan saraf yang boleh diukur pada manusia dan primat bukan manusia berikutan tES, walaupun pada tahap intensiti yang lebih rendah (Huang et al., 2017; Krause et al., 2017; Opitz et al., 2016). Kebimbangan khusus ialah keupayaan tES, khususnya rangsangan arus ulang-alik, untuk menahan ayunan saraf ke frekuensi tertentu.

Di sini, kami tidak mendakwa bahawa perubahan elektrofisiologi yang dilaporkan adalah disebabkan oleh pengasingan berayun kepada letusan rangsangan yang singkat, atau bahawa kami mendorong perubahan ini secara de novo, tetapi sebaliknya bahawa STAMP bertindak untuk meningkatkan proses penyatuan memori yang berterusan, yang berlaku melalui modulasi halus rangkaian. -kesalinghubungan tahap. Kami akan berhujah bahawa corak ketersambungan yang diperhatikan semasa tidur adalah fenomena semula jadi yang berlaku dan membawa kepada penyatuan ingatan, dan rangsangan STAMP bertindak ke atas proses sedia ada ini untuk meningkatkan sensitiviti metamemori.

Modulasi metrik teori graf yang dilaporkan dalam jalur theta dan gelendong berikutan STAMP adalah selaras dengan penyelidikan terdahulu yang membabitkan ayunan ini dalam proses pengaktifan semula dan penyatuan ingatan. Pengaktifan semula ingatan yang disasarkan semasa tidur dengan isyarat pendengaran menimbulkan peningkatan dalam kuasa theta dan gelendong (Ong et al., 2016; Schreiner et al., 2015; Schreiner & Rasch, 2014).

Banyak kajian juga telah menunjukkan kepentingan aktiviti theta-band untuk pengekodan memori dan pengambilan semula semasa bangun (Backus et al., 2016; Lega et al., 2012; Nyhus & Curran, 2010); khususnya, ayunan theta dalam hippocampusa adalah kritikal untuk pengekodan memori episod (Hasselmo et al., 2002; Lin et al., 2017). Begitu juga, gelendong talamokortikal berkaitan dengan ingatan episodik (Van Der Helm et al., 2011) dan memainkan peranan penting dalam proses penyatuan ingatan, yang berpotensi memudahkan pemindahan maklumat yang baru dikodkan dalam lobus temporal medial kepada perwakilan yang stabil dalam korteks serebrum (Sirota). et al., 2003; Staresina et al., 2015).

Semasa tidur, aktiviti Theta mungkin menunjukkan proses pengaktifan semula memori, manakala aktiviti gelendong mungkin mencerminkan penyatuan aktif ingatan yang diaktifkan semula. Di sini, STAMP mungkin telah mengisyaratkan pengaktifan semula kenangan yang berkaitan, yang membawa kepada penyatuan maklumat ini yang dipertingkatkan. Penggabungan ini membawa kepada peningkatan keyakinan untuk kenangan hiliran.

Ukuran teori graf theta-band yang dimodulasi dengan ketara oleh STAMP ialah koheren dan ketumpatan min. Purata koheren merujuk kepada koheren purata merentas semua bucu, manakala ketumpatan dikira sebagai bilangan sambungan dalam graf, dinormalkan oleh jumlah bilangan sambungan yang mungkin (Sporns, 2003).

Perubahan dalam langkah ini menunjukkan bahawa STAMP meningkatkan keselarasan keseluruhan dalam jalur theta antara saluran, membawa kepada bilangan tepi yang lebih besar di atas ambang cutoff dan dengan itu purata ketumpatan sambungan yang lebih tinggi. Kesepaduan dan ketumpatan yang lebih besar ini mungkin mencerminkan peningkatan dalam pertukaran maklumat dalam jalur thetaband merentasi kawasan saraf berikutan STAMP. Ini adalah selaras dengan penemuan sebelumnya yang melibatkan peningkatan dalam koheren theta antara hippocampus dan korteks rhinal (Fell et al., 2003), serta korteks hadapan (Anderson et al., 2009; Benchenane et al., 2010), sebagai penting untuk pembelajaran dan ingatan, dan berpotensi kritikal untuk pengaktifan semula ingatan (Carr et al., 2011).

Ukuran teori graf jalur gelendong yang berbeza dengan ketara berikutan rangsangan STAMP ialah panjang laluan dan jejari. Ukuran ini berkaitan-jejari merujuk kepada kesipian minimum graf dan panjang laluan merujuk kepada kesipian purata graf, di mana kesipian nod ditakrifkan sebagai jarak maksimum ke mana-mana nod lain (Sporns, 2003).

Panjang laluan sering dianggap sebagai ukuran integrasi rangkaian atau kecekapan pemindahan maklumat, dengan panjang laluan yang lebih kecil mencerminkan kecekapan yang lebih besar (Bullmore & Spons, 2009; Reijneveld et al., 2007).

Di sini, STAMP membawa kepada penurunan purata dalam panjang laluan dan jejari jalur gelendong, bermakna purata dan kesipian minimum telah menurun, dan kecekapan pemindahan maklumat telah meningkat.

Ini mungkin mencerminkan penyusunan semula rangkaian ke arah rangkaian dunia kecil (Watts & Strogatz, 1998), struktur yang hampir optimum antara sistem yang teratur dengan sempurna dan teratur secara rawak, membolehkan fleksibiliti dan penyegerakan aktiviti saraf yang lebih besar (Barahona & Pecora, 2002 ; Bassett & Bullmore, 2006; Masuda & Aihara, 2004). Perubahan dalam "keduniaan kecil" selalunya diukur sebagai perubahan dalam panjang laluan tanpa perubahan serentak dalam pengelompokan tempatan, atau pekali gugusan.

Oleh itu, perubahan yang diperhatikan dalam panjang laluan mungkin mencadangkan penyegerakan yang dirangsang antara kawasan otak, yang membawa kepada pemindahan maklumat yang lebih cekap oleh gelendong. Ambil perhatian bahawa kesan dalam jalur theta lebih berkait rapat dengan perubahan keseluruhan dalam koheren min-pada asasnya, perubahan dalam magnitud ketersambungan berbanding dengan kecekapan.

Walaupun data di sini tidak dapat mewujudkan hubungan sebab akibat antara perubahan ini, hubungan hipotesis ialah STAMP menyebabkan ketersambungan yang lebih besar dalam jalur theta (Fell et al., 2003), dan kecekapan pemindahan maklumat Spindle, diukur sebagai panjang laluan, telah ditingkatkan untuk mengimbangi untuk peningkatan ini, membawa kepada peningkatan pengaktifan semula ingatan.

For more information:1950477648nn@gmail.com