Cuid 1: Dinimic Neamhspleácha de Ghníomhaíochtaí EEG Intracranial Íseal, Meánach agus Ard-Minicíochta le linn Foirmiú Cuimhne Daonna

Déan teagmháil le: Audrey Huaudrey.hu@wecistanche.com

Victoria S. Marksa, Krishnakant V. Saboob, Çağdaş Topçuc,d,e, Michal Lechc,d,e,

Theodore P. Thayibf, Petr Nejedlye,g, Vaclav Kremen, h, Gregory A. Worrell, mé,

Michal T. Kucewiczc,e,i,∗

Scoil Iarchéime na nEolaíochtaí Bithleighis, Clinic Mhaigh Eo, SAM

b An Roinn Innealtóireachta Leictrí agus Ríomhaireachta, Ollscoil Illinois, Urbana-Champaign, IL, SAM

c Roinn na gCóras Ilmheán, Dámh na Leictreonaic, na Teileachumarsáide agus na Faisnéisíochta, Lárionad BioTechMed, Ollscoil Teicneolaíochta Gdansk, Gdansk, an Pholainn d Nencki Institiúid Bitheolaíochta Turgnamhach, Acadamh Eolaíochtaí na Polainne, Vársá, an Pholainn

Roinn Néareolaíochta, Clinic Mhaigh Eo, Rochester, MN, SAM

Roinn na hInnealtóireachta Ríomhaireachta, Ollscoil Stáit Iowa, Ames, Iowa, SAM

g Acadamh Eolaíochtaí na Seice, Institiúid na nIonstraimí Eolaíoch, Brno, Poblacht na Seice

h Róbataic, agus Cibearnetics, Institiúid Faisnéisíochta na Seice, Ollscoil Theicniúil na Seice i bPrág, Prág, Poblacht na Seice

Roinn na Fiseolaíochta agus na hInnealtóireachta Bithleighis, Clinic Mhaigh Eo, SAM

Is féidir le Cistanche cuimhne a fheabhsú

a b s t r a c t

Tá speictream leathan de rithimí inchinne gafa ar fud an cortex daonna i bhfeidhmeanna cognaíocha. An chaoi a ndéantar rithimí na raonta minicíochta éagsúla a chomhordú trasna spás cortex an duine agus am decuimhnetá próiseáil neamhchinntitheach. Is féidir iad a chomhordú le chéile trasna an speictrim minicíochta ag an suíomh cortical céanna agus an t-am céanna nó is féidir iad a tharlú go neamhspleách i mbandaí ar leith. D’úsáideamar tacar sonraí mór leictri-einceifileagrafaíocht infhéitheach daonna (EEG) chun dinimic spásúlachta na ngníomhaíochtaí speictreach a chothaítear le linn cruthú na gcuimhní briathartha a pharsáil. Ionchódú na bhfocal le haghaidh aisghairm shaor ina dhiaidh sin gníomhachtaithe téite íseal-minicíochta, minicíocht in- idirmheánach alfa agus béite, agus cumhacht gáma ard-minicíochta i bpatrún mósáic de shuímh cortical scoite. Níor thaifead tromlach na suíomhanna cortical gníomhaíocht ach i gceann amháin de na minicíochtaí sin, ach amháin i gcás an choirtéis amhairc inar tionscnaíodh cumhacht speictreach thar ilbhannaí. Léirigh gach banda minicíochta dinimic shainiúla na cumhachta ionduchtaithe a bhaineann go sonrach leis an limistéar cortical agus leis an leathsféar. Iompraíodh cumhacht na ngníomhaíochtaí ísle, idirmheánacha agus ard-minicíochta i seichimh neamhspleácha ar fud na réimsí cortical amhairc, ama agus réamhtheorannacha ar feadh na gcéimeanna ina dhiaidh sin decuimhneionchódú. Soláthraíonn ár dtorthaí múnla iomlánaíoch, simplithe de na gníomhaíochtaí speictreach a bhaineann le foirmiú an duinecuimhne, ag moladh mósáic de rithimí inchinne comhordaithe a scaiptear go hanatamaíoch agus go ham.

1. Réamhrá

Ceaptar go dtacaíonn rithimí inchinnecuimhneagus feidhmeanna cognaíocha trí ghníomhaíochtaí néaróin nasctha a chomhordú in idirghníomhaíochtaí sioncrónacha (Singer, 1999; Buzsaki, 2006; Fries, 2015; Klimesch, 1996; Fell agus Axmacher, 2011). Áirítear ar speictream na ngníomhaíochtaí rithimeacha a bhaineann leis na hidirghníomhaíochtaí seo an téite (3–9 Hz) agus an gáma

(30–120 Hz) bandaí minicíochta le róil ar leith molta do na gníomhaíochtaí íseal-minicíochta agus ard-minicíochta i-cuimhnepróiseáil (Düzel et al., 2010; Sauseng et al., 2010; Fries et al., 2007; Tallon-Baudry agus Bertrand, 1999; Nyhus agus Curran, 2010; Lisman agus Jensen, 2013; Herweg et al., 2020). . Bhí baint ag na bannaí minicíochta idirmheánacha alfa (9–12 Hz) agus béite (12–25 Hz) freisin le próisis atá riachtanach le haghaidh feidhmeanna cuimhne (Klimesch et al., 2007; Hanslmayr et al., 2011; Spitzer agus Haegens 2017; Schmidt et al. al., 2019; Micalareas et al., 2016). An chaoi a bhfuil na rithimí éagsúla seo ag oibriú le chéile san fheidhm ag scála ama sainithe, gan baint ach le fo-thacar de na gníomhaíochtaí speictreach i raon minicíochta ar leith. Mar shampla, ní thabharfaí ach rithimí téite ag suíomh ar leith. Aontaíonn an dá chás gur féidir gníomhaíochtaí na hinchinne ag raonta minicíochta sainithe a choincheapadh mar “mhéarloirg speictreach” a fholaíonn próisis aireachtála nó cognaíocha ar leith ag scála ama comhfhreagrach idirghníomhaíochtaí néaracha (Siegel et al., 2012; Hanslmayr agus Staudigl, 2014). . Tá sé ríthábhachtach dinimic na méarloirg speictreach seo a réiteach go cruinn sa spás agus in am anatamaíocha chun na hipitéisí seo a thástáil agus chun samhail iomlánaíoch a sholáthar de na gníomhaíochtaí néaracha a dhéantar le linn tascanna cognaíocha.

Tugann taifeadtaí intracranial electroencephalographic (EEG) deis uathúil chun iniúchadh a dhéanamh le réiteach ard ar scála mór na ngníomhaíochtaí néaracha a dhéantar le linn feidhmeanna cognaíocha agus eile inchinn i réimsí scoite den cortex daonna (Lhatoo et al., 2019; Johnson et al., 2020; Jacobs agus Kahana 2010; Engel et al., 2005). Déantar na comharthaí EEG a shampláil ó theagmhálacha leictreoid a ionchlannaítear go díreach ar dhromchla an neocortex nó isteach ina sraitheanna níos doimhne agus ina struchtúir fhochoirteacha. Mar sin, is féidir gníomhaíochtaí speictreach arna nginiúint ag pobail néaracha áitiúla agus arna dtaifeadadh ó theagmhálacha iolracha leithleacha a rianú i réimsí cortical scoite le linn an amacuimhnepróiseáil. Bhain staidéir iEEG roimhe seo úsáid go coitianta as an gcumhacht speictreach a tharlódh i raonta ardmhinicíochta gáma (60–120 Hz) chun próiseáil cortical a rianú icuimhneagus tascanna cognaíocha (Jerbi et al., 2009; Lachaux et al., 2012; Crone et al., 2006; Lundqvist et al., 2018). Rinneadh imscrúdú roimhe seo freisin ar Theta (Sheehan et al., 2018; Lin et al., 2017) agus alpha (Staresina et al., 2016). Léiríodh go raibh gníomhaíochtaí ascalacha sna minicíochtaí téite agus alfa ag iomadú mar thonnta taistil áitiúla, neamhspleácha i limistéir scoite cortical le linncuimhnepróiseáil (Zhang et al., 2018), ach tá dinimic spásúlachta choibhneasta na n-ascaluithe íseal-minicíochta seo agus na gníomhaíochtaí béite agus gáma níos tapúla le linn próiseála cuimhne fós gan iniúchadh.

Anseo, bhaineamar leas as tacar sonraí mór iEEG de 164 rannpháirtí ag ionchódú liostaí focal le haghaidh aisghairm bhriathartha ina dhiaidh sin. Léirigh staidéir roimhe seo leis an tasc seo líonra dáilte de réigiúin inchinne a bhaineann le próiseáil céadfach agus le dearbhú ardoirdcuimhnefeidhmeanna (Burke et al., 2013; Burke et al., 2014a; Kucewicz et al., 2019). Breathnaíodh an chumhacht gáma ard spreagtha ar dtús i réimsí amhairc an cortex occipitotemporal agus ansin i limistéir níos faide roimhe sin den cortex réamhéadanach, rud a spreagann samhail dhá chéim decuimhneionchódú le céim luath-chothabhála agus chomhcheangail dhéanach (Burke et al., 2014a).

Breathnaíodh seicheamh comhchosúil d’ord spreagtha iar-go-anterior freisin sa bhanda minicíochta téite (Burke et al., 2013) agus deimhníodh é i ngníomhaíochtaí lasmuigh den raon minicíochta gáma (Kucewicz et al., 2014). Fuair ​​​​ár staidéar le déanaí seicheamh na cumhachta gáma ard ionduchtaithe le linncuimhnean ionchódú a bheith leanúnach agus laigí méadaitheacha feadh ordlathas réimsí comhlachais d’ord níos airde de réir a chéile (Kucewicz et al., 2019), agus an cortex réamhéadanach roimhe go déanach san ionchódú focal mar thoradh air. Bhí na staidéir iEEG roimhe seo ar phróiseáil cuimhne béil teoranta do thacair sonraí níos lú de thaifeadtaí rannpháirtithe le clúdach leictreoidíthe gann ar an neocortex nó díríodh ar bhandaí minicíochta roghnaithe amháin. Mar sin, dhéanfaí cumhacht speictreach thar bhandaí éagsúla a mheánú go spásúil thar láithreáin iolracha leictreoidí de na réigiúin choirteacha níos mó, rud a chaillfeadh taifeach agus gráinneacht láithreán aonair, nó ní dhéanfaí staidéar uirthi ar fud na ngníomhaíochtaí téite, alfa, agus béite, agus gáma inchinn.

I bhfianaise scóip leathan an speictrim minicíochta agus na réimsí inchinne a ndearnadh anailís orthu le chéile sna staidéir roimhe seo, rinneamar hipitéisiú go bhfuil gníomhaíochtaí speictreach sonracha ionduchtaithe i bpatrún gráinneach de cortical scoite.

láithreacha. Dá bhrí sin, bheadh ​​claonadh leathanbhanda i gcumhacht ar fud an speictrim iomláin mar thoradh ar ghníomhaíocht chomhiomlánaithe ó áiteanna éagsúla (Kilner et al., 2005), a d’fhéadfadh a bheith comhdhéanta d’ilmhéarloirg shainiúla, “mhéarloirg speictreach” (Fellner et al., 2019) . Bheadh ​​logánú cruinn méarloirg dhifriúla coitianta do na suíomhanna cortical céanna taifeadta leictreoidí nó dhéanfaí é a dháileadh i mósáic de shuímh anatamaíocha ar leith. Mar an gcéanna, i dtéarmaí uainiúcháin, tharlódh gníomhaíochtaí speictreach íseal, idirmheánacha agus ardmhinicíochta ag amanna éagsúlacuimhneionchódú nó go léir ag an am céanna. Chomh maith leis na gníomhaíochtaí téite agus gáma, bhíothas ag súil go ndéanfaí rithimí alfa agus béite a tharlú ag suíomhanna cortical ar leith agus ag amanna de.cuimhneionchódú. Go ginearálta, rinneamar tástáil le haghaidh dinimic spatiotemporal neamhspleách ar na gníomhaíochtaí speictreach a chothaítear le linn foirmiú briathartha daonna.cuimhnerianta. Ba é an sprioc a bhí againn ná samhail iomlánaíoch de rithimí inchinne a sholáthar a bhí ag gabháil thar raon leathan minicíochtaí, anatamaíocht cortical, agus céimeanna ionchódaithe cuimhne.

2. Ábhair agus modhanna

2.1. Ábhair

Tógadh an tacar sonraí de thaifeadtaí EEG ó 164 rannpháirtí san iomlán a bhí faoi mheastóireacht mháinliachta ar an titimeas atá frithsheasmhach in aghaidh drugaí ó staidéar mór comhoibríoch ilionaid (tá na sonraí dí-shainaitheanta go léir ar fáil ag http://memory.psych.upenn.edu/Electrophysiological{ {3}}Sonraí).

Bailíodh na taifeadtaí ó na hionaid seo a leanas: Clinic Mhaigh Eo, Ospidéal Ollscoile Thomas Jefferson, Ospidéal Ollscoil Pennsylvania, Ionad Leighis Dartmouth-Hitchcock, Ospidéal Ollscoile Emory, Ionad Leighis Ollscoil Texas Southwestern, agus Ospidéal Ollscoil Columbia. D’fhormheas an Bord Athbhreithnithe Institiúideach faoi seach ag gach ionad faoi seach comhphrótacal taighde amháin, agus fuarthas toiliú feasach ó gach rannpháirtí. Maidir leis na 139 othar a chuimsítear san anailís dheiridh, tá faisnéis maidir le líon na dtrialacha focal a críochnaíodh agus crios tosaigh an urghabhála achoimre in Suppl. Tábla 1. Bhí tús an urghabhála logánaithe go dtí an leathsféar ar dheis i 46 othar, an leathsféar clé i 55, go déthaobhach i 26, agus neamhchinnte i 12. Níor baineadh leas as faisnéis dhéimeagrafach ar nós aois agus gnéas ach le haghaidh 85 othar (meánaois 35.6 bliana d'aois). le diall caighdeánach 11.6 bliain, 43 Mná go 42 Fireann, Soláthar Tábla 1) mar gheall ar rochtain theoranta ar fhaisnéis íogair cúram sláinte ó ionaid chliniciúla iolracha a bhailigh an tacar sonraí comhiomlán. Bailíodh taifeadtaí leictrifiseolaíocha ó leictreoidí cliniciúla caighdeánacha subdural agus doimhneachta (AdTech Inc., PMT Inc.) a ionchlannaíodh ar an dromchla cortical agus isteach i parenchyma na hinchinne, faoi seach. Socraíodh teagmhálaithe leictreoidí subdural i ngreille nó i gcumraíocht stiall le scaradh 10 mm, agus roinneadh teagmhálaithe leictreoid doimhneachta idir 5 agus 10 mm. Chinn foireann chliniciúil socrúchán na leictreoidí chun fócais taom a aimsiú go háitiúil do mháinliacht fhéideartha titimeas faoi seach nó ionchlannú feiste le haghaidh spreagadh inchinne leictreach teiripeach.

2.2. Logánú anatamaíoch agus léarscáiliú dromchla na hinchinne

Gineadh dáileachtaí dromchla cortical do gach rannpháirtí ó scananna MRI réamh-ionchlannaithe (seichimh toirtmhéadracha T1-ualaithe)- lena n-áirítear bogearraí Freesurfer (RRID: SCR_001847). Leagadh amach an hippocampus agus na réigiúin cortúla timpeallaithe go leithleach bunaithe ar scanadh ualaithe T{{{{{}}} corónach 2 mm tiubh breise ag baint úsáide as modh deighilte il-atlais um Dheighilt Uathoibríoch Fo-Ábhair Hippocampal (ASHS). Ansin mapáladh comhordanáidí teagmhála leictreoid a díorthaíodh ó scananna CT iar-ionchlannaithe comhchláraithe chuig na scananna MRI réamh-ionchlannaithe chun a láithreacha anatamaíocha a chinneadh. Maidir le stiallacha agus greillí subdural, rinneadh na teagmhálacha leictreoid a theilgean freisin chuig an dromchla cortical ag baint úsáide as algartam íoslaghdaithe fuinnimh chun cuntas a thabhairt ar aistriú inchinne iar-obráide. D'athbhreithnigh agus dheimhnigh néarraideolaí láithreacha teagmhála ar dhromchlaí agus íomhánna trasghearrtha. Cláraíodh na scananna MRI ualaithe T{{1-don inchinn chaighdeánach MNI152 freisin chun comparáid a dhéanamh idir suíomhanna taifeadta i spás coiteann trasna na n-ábhar. Fuarthas láithreacha anatamaíocha na suíomhanna taifeadta, lena n-áirítear ceantair Brodmann, trí chomhordanáidí MNI a thiontú go spás Talairach agus trí cheist a chur faoi dheamhan an Ta- Talairach (www.talairach.org).

2.3. Taifid leictrifiseolaíocha

Taifeadadh na comharthaí EEG ag baint úsáide as ceann de na córais fála leictreifiseolaíocha cliniciúla seo a leanas (ag brath ar an institiúid le haghaidh bailiú sonraí): Nihon Kohden EEG-1200, Natus XLTek EMU 128, nó Grass Aura-LTM64. Ag brath ar an gcóras fála agus rogha na foirne cliniciúla, sampláladh na comharthaí ag ceachtar 500, 1000, nó 1600 Hz agus rinneadh tagairt do theagmháil choitianta a cuireadh laistigh de chrainn, ar an scalp, nó sa phróiseas mastoid. Le haghaidh anailíse, rinneadh na taifeadtaí go léir a úsáideann rátaí samplála níos airde a scagadh le scagaire frith-ailiasaithe agus rinneadh iad a íosshampláil go 500 Hz. Ríomhadh montáis choiteann dépholach post hoc do gach ábhar trí shraith ama voltais tomhaiste a dhealú ar gach péirí teagmhála in aice le spásúlacht. Bhí N-1 comharthaí dépholacha mar thoradh air seo i gcás na leictreoidí treáite agus na stiallacha, agus N=(i − 1)∗j móide (j − 1)∗I, áit a bhfuil i agus j líon na dteagmhálaithe i toisí ingearacha agus cothrománacha na greille. Le haghaidh anailíse sonraí an staidéir seo, tagraíonn "leictreoid" amháin don chomhartha bipolar ó phéire teagmhálacha bipolar amháin. Tá sé tábhachtach a thabhairt faoi deara gur féidir teagmhálacha a úsáid le haghaidh il-leictreoidí, mar sin níl gach comhartha fíor-neamhspleách.

2.4. Tasc cuimhneacháin saor in aisce,

Paradigm clasaiceach chun foirmiú eipeasóideach briathartha a fhiosrúcuimhnefostaithe (Kahana, 2014), inar taispeánadh liostaí focal d’ábhair le haghaidh saorghlao ina dhiaidh sin. Tugadh treoir do rannpháirtithe staidéar a dhéanamh ar liostaí focal a chuirtear i láthair ar scáileán ríomhaire glúine le haghaidh tástála moillithe ar athghairm gutha. Bhí na liostaí comhdhéanta de 12 fhocal a roghnaíodh go randamach agus gan ionadú ó linn d’ainmfhocail ardmhinicíochta i dteanga dhúchais an ábhair (Béarla nó Spáinnis; http://memory.psych.upenn.edu/WordPools). Bhí gach focal le feiceáil ar an scáileán le haghaidh 1600 ms, agus ina dhiaidh sin bhí giodam randamach de 750 go 1000 ms eatramh bán idir spreagthaigh. Ag deireadh gach liosta focal, rinne an t-ábhar tasc seachráin. Mhair an tasc seo ar feadh 20 s agus bhí sé comhdhéanta de shraith d’fhadhbanna uimhríochta simplí den fhormáid A móide B móide C, áit a raibh A, B, agus C ina slánuimhreacha randamacha aondigite idir 1 agus 9. Tar éis an taisc seachráin,, tugadh 30 s do rannpháirtithe chun an oiread focal ón liosta agus ab fhéidir a thabhairt chun cuimhne in ord ar bith (Fíor 1). Taifeadadh freagraí gutha go digiteach ag an ríomhaire glúine agus scóráladh iad de láimh le haghaidh anailíse níos déanaí. Níor cuireadh san áireamh ach na hábhair a mheabhraigh ar a laghad 15 faoin gcéad de na focail agus a chríochnaigh 12 liosta den tasc ar a laghad san anailís bhreise (Long et al., 2014). D'fhág sé seo 139 de na 164 ábhar bunaidh as iomlán de 14,219 leictreoid a úsáideadh sa staidéar seo. Rinneadh taifeadtaí leictrealú-loighciúla a shioncronú le cuma spreagthach ar an scáileán trí ghineadóir cuisle leictreach a oibríodh an ríomhaire glúine tasc, a sheol bíoga chuig cainéal imeachta ainmnithe sa chóras fála cliniciúil. Cuireadh stampa ama ar na himeachtaí tar éis an tseisiúin taifeadta ag baint úsáide as cóid MATLAB saincheaptha agus úsáideadh iad chun tréimhsí spéise ar leith a bhaint as cur i láthair focal. Bhí gach aga taifeadta 3000 ms ar fad agus chuimsigh sé 1600 ms de chur i láthair focal ar an scáileán le 700 ms de scáileán bán den eatramh idirspreagtha roimh agus tar éis gach cur i láthair focal.

Comhtháthaíodh cumhacht speictreach meántrialach de chomharthaí EEG ó thréimhsí cur i láthair na bhfocal (focal amháin in aghaidh na trialach) trasna an tseanré agus úsáideadh é mar ghné chun leictreoidí gníomhacha a thaifeadann ó réigiúin inchinne atá i mbun briathartha a rangú.cuimhneionchódú. Rinneadh leictreoidí gníomhacha a rangú go neamhspleách i sé bhanda minicíochta den speictream EEG ag baint úsáide as meastacháin normalaithe ar an athrú cumhachta (claochlú z-scór). Bhain an nós imeachta aicmithe úsáid as modh gan mhaoirseacht bunaithe ar Mhúnla Meascán Gaussach (Saboo et al., 2019). Tabhair faoi deara gníomhaíocht spreagtha ar fud na sé bhanda minicíochta go léir sa speictream samplach arna bhreacadh ó ghníomhaíocht meántrialach ó leictreoid amháin atá logánaithe sa choirtéis occipital.

2.5. Anailís sonraí

Rinneamar anailís ar na tréimhsí taifeadta iEEG le linn cur i láthair focal docuimhneionchódú. Scagadh FIR gach ré léirithe (2000- ordú Barlett-Hanning le scagadh saobhadh céim nialasach, bandpass le teorainneacha minicíochta sonraithe do gach banda minicíochta) sula ndearnadh é a dhianscaoileadh go speictreach, a normalú, agus a chur i mbanna go neamhspleách i mbandaí minicíochta ar leith idir 2 agus 120 Hz: téite íseal (2–4 Hz), téite ard (5–9 Hz), alfa (10–15 Hz), béite (16–25 Hz), gáma íseal (25– 55 Hz), agus ard gáma (65–115 Hz). Socraíodh na teorainneacha do na bannaí minicíochta seo bunaithe ar raonta neamhfhorluiteacha agus leanúnacha ag fás ar leithead feadh an speictrim minicíochta. Roghnaíodh an teorainn uachtarach de 115 Hz chun 4 shampla ar a laghad in aghaidh an timthrialla a chinntiú i bhfianaise minicíocht samplála 500 Hz agus chun armónach an torann líne 60 Hz a sheachaint. Chun comharthaí scagtha a thiontú go speictream le a

Taifeach bruscair minicíochta 2 Hz ó 2 Hz go 115 Hz, d'úsáideamar fuinneoga sleamhnáin 500 ms le fad sleamhnáin 5 ms agus an modh il-taper le 1 taper ón mbosca uirlisí ainsealach i MATLAB (http://chronux.org/; Mitra, 2007). Rinneadh speictreagraim den ré cur i láthair focal a mheas le chéile tar éis normalú loga agus claochlú z-scór de gach pointe minicíochta ama. Rinneadh Z-scóráil de réir na foirmle seo a leanas:

x(t, f) − μ

z(t, f)=σ

nuair is é x an comhartha, is é t an araid ama, is é f an bosca minicíochta, is é f an meán, agus is é f an diall caighdeánach don mhinicíocht a thugtar. Rinneadh gach triail a normalú ar leithligh. Cuireadh normalú loga i bhfeidhm chun éifeacht dlí 1/f-chumhachta na minicíochtaí níos ísle a cheartú ar chumhachta a mheas sna bannaí minicíochta níos airde, agus rinneadh an claochlú z-scór chun scála normalaithe athraithe cumhachta a sholáthar chun comharthaí ó leictreoidí éagsúla a chur i gcomparáid. , seisiúin, agus rannpháirtithe (Kucewicz et al., 2019, 2017; Saboo et al., 2019). Cruthaíonn an normalú z-scór seo athruithe dearfacha agus diúltacha cumhachta i gcoibhneas leis an meánchumhacht laistigh d’aon ré aon fhocail in ionad tréimhse “bonnlíne” a úsáid. Mar sin, mhéadófaí go héifeachtach diallais bheaga dhearfacha nó dhiúltacha de chumhacht iomlán i gcoibhneas leis an meán comhartha, mar a thuairiscítear roimhe seo (Kucewicz et al., 2019; Alotaiby et al., 2015). Cuireadh deireadh le déantáin imill sa mheastachán cumhachta trí bhoscaí bruscair dhá-uaire a ghearradh ó dhá cheann an speictreagraim deiridh do gach minicíocht. I gcás gach banda leictreoid agus minicíochta, chinneamar an mheánchumhacht speictreach ag gach bosca ama trasna gach ré cur i láthair focal. Rinneadh an chumhacht fhoriomlán ionduchtaithe i mbanda minicíochta ar leith le linn na tréimhse cur i láthair focal a chainníochtú mar an t-achar faoi luach absalóideach chuair an tsraith ama chomhfhreagraigh, mar a thaispeántar i bhFíor. 1. Ansin rangaíodh leictreoidí ina “gníomhach” agus ina “neamhghníomhach” i ngach banda ar leith ag baint úsáide as ár modh cnuasaithe gan mhaoirseacht bunaithe ar Mhúnlú Meascáin Gaussach (GMM) chun iad siúd a léirigh athruithe cumhachta tasc-spreagtha a shainaithint (Saboo et al., 2019). ). Go bunúsach, déanann an modh seo aicme dhénártha meaisínfhoghlama de chainéil ghníomhacha agus neamhghníomhacha bunaithe ar luach cumhachta spreagtha gach cainéal. Rinneadh an t-aicmiú ar leithligh do gach banda minicíochta spéise. Tá achoimre ar an nós imeachta iomlán i bhFíor. 1.

Roghnaigh muid modh bunaithe ar GMM lena chinntiú go gceadófaí trádálacha frithchaiteacha uimhreacha éagsúla do na braislí leictreoidí gníomhacha agus na leictreoidí neamhghníomhacha. Socraíodh líon na mbraislí go dtí dhá cheann toisc go bhfuil catagóiriú gníomhach-neamhghníomhach na n-leictreoidí dénártha: is féidir athrú ar an gcumhacht speictreach a tharlú (méadú nó laghdú) nó ní le linn na tréimhse cur i láthair focal. D'éascaigh úsáid GMM an clasaiceachú freisin gan ceanglas maidir le sonraí na fírinne talún. Comhthiomsaíodh leictreoidí trasna na n-ábhar agus ansin cnuasaíodh iad chun leictreoidí gníomhacha a shainaithint.

2.6. Léarscáiliú cumhachta spreagtha

Bhí an chuid is mó de na leictreoidí gníomhacha logánta sna réigiúin cortical a bhaineann le próiseáil faisnéise amhairc agus shéimeantach, chomh maith le faisnéis dhearbhaithe.cuimhneagus feidhmeanna feidhmiúcháin. As 39 Ceantar Brod-Mann, grúpáil formhór na láithreacha leictreoid i 9 ath-réigiún inchinne gach ceann acu comhdhéanta de Cheantair Brodmann: amhairc (limistéir Brodmann 18 agus 19), ama níos ísle (limistéir Brodmann 20 agus 37), precuneus (Limistéir Brodmann 30 agus 31), parietal cliathánach (limistéir Brodmann 7 agus 39), ama mesial (limistéar Brodmann 28 agus Hippocampus), temporal cliathánach (limistéir Brodmann 21 agus 22), ceantair Broca (limistéir Brodmann 44 agus 45), prefrontal cliathánach (ceantair Brodmann). 9 agus 46), agus cuaille tosaigh (ceantair Brodmann 10 agus 11). Mura ndeirtear a mhalairt, díríodh gach anailís bhreise ar na réanna focal athghairmthe, ie réanna le focail ionchódaithe ar éirigh leo a athghairmeadh go héasca ina dhiaidh sin, sna naoi réigiún cortical seo.

Rinneadh athruithe cumhachta spreagtha i ngach banda minicíochta a bhreacadh ó gach leictreoid ghníomhach ar dhromchla inchinn meánach do gach pointe ama den fhocal ré ag baint úsáide as cód MATLAB saincheaptha do theicníc meáite leictreoid-suíomh-spleách. Cruthaíodh dromchla na hinchinne mar mhogalra, áit ar sannadh dath do gach eilimint den mhogalra ag brath ar chumhacht ionduchtaithe na leictreoidí máguaird arna mheá de réir an achair choibhneasta leis an eilimint (meáchan níos mó chuig leictreoidí níos cóngaraí). I gcás gach mogaill de dhromchla na hinchinne a breacadh, níor breithníodh ach éifeachtaí leictreoidí laistigh de thairseach 10 mm ó lárphointe an eilimint. Mar sin, meánaíodh an chumhacht ionduchtaithe ó gach leictreoid laistigh de gha na tairsí a bhí ualaithe go líneach de réir a gaireachta de réir na foirmle seo a leanas:

IP1∗ (tairseach− r1) móide IP2∗ (tairseach− r2) móide … móide IP ∗ (tairseach− rn )

( tairseach − r1 ) móide ( tairseach − r2 ) móide … móide ( tairseach − rn )

áit arb é IP an luach athraithe cumhachta ionduchtaithe le haghaidh leictreoid, agus is é r an fad idir an leictreoid agus an eilimint roghnaithe de mhogalra dromchla na hinchinne.

2.7. Staitisticí

Baineadh úsáid as tástálacha ANOVA le ceartúcháin chomparáide iolracha le haghaidh éifeachtaí an bhanna minicíochta, réigiún na hinchinne (Ceantar Brodmann), agus leathsféar chun anailís a dhéanamh ar chéatadán na leictreoidí i limistéar a lipéadaítear mar "ac-time (Fíor 2). Difríochtaí ama idir na leathsféar. Rinneadh iad a chainníochtú trí úsáid a bhaint as staitistic t-tástála dhá eireaball neamhphéireáilte le ceartúchán Bonferroni (Fíor 3A) Ansin bhriseamar gach ré focal ina chéimeanna réamh-ionchódaithe, ionchódaithe luatha, ionchódaithe déanacha agus iar-chódaithe (Burke et al. , 2014; Kucewicz et al., 2019) agus d’úsáid sé bearta arís agus arís eile ANOVA (céim ionchódaithe mar an fachtóir laistigh d’ábhair) le tástáil posthoc Tukey-Kramer chun anailís a dhéanamh ar éifeachtaí an bhanna minicíochta, an réigiúin inchinn, agus an leathsféar ar chumhacht spreagtha le linn gach céim den bhriatharcuimhnetasc (Fig.3B). Socraíodh an buaic-fhanacht do gach banda minicíochta agus achair mar an bosca ama le buaic uasta dearfach na cumhachta spreagtha. Cuireadh cathracha Laidine i gcomparáid le chéile ag baint úsáide as bearta arís agus arís eile ANOVA (céim ionchódaithe mar an fachtóir laistigh d'ábhair) agus tástálacha comparáide iolracha iar-hoc Tukey-Kramer (Fíor 4). Baineadh úsáid as tástáil chomhghaolaithe Pearson chun measúnú a dhéanamh ar éifeacht an tsuímh feadh gach ais den inchinn ar an am a raibh an buaicchumhacht i gceist (Fig.5B). Socraíodh an luach alfa do na tástálacha go léir ag 0.05.

3. Torthaí

3.1. Déantar gníomhaíochtaí speictreach a chothaítear le linn ionchódú cuimhne a dháileadh go hilchineálach ar fud cortex an duine

D'aithnigheamar ar dtús fothacar leictreoidí ó réimsí cortical a cuireadh i ngníomh le linncuimhneionchódú. Chun na críche sin, cumhacht-i-bhanda speictreach i sé raon minicíochta neamh-forluiteacha (téite íseal: 2–4 Hz, téite ard: 5–9 Hz, alfa: 10–15 Hz, béite: 16– Úsáideadh 25 Hz, gáma íseal: 25–55 Hz, gáma ard: 65–115 Hz) mar ghnéithe le haghaidh aicmiú uathoibrithe leictreoidí gníomhacha (Saboo et al., 2{019) go neamhspleách i ngach banna (Fíor. 1). As an iomlán de 14,219 leictreoid a ionchlannú thar na rannpháirtithe go léir, léirigh 4738 (33.3 faoin gcéad ) an chumhacht speictreach ionduchtaithe i gceann amháin ar a laghad de na bannaí minicíochta. Mar sin, léirigh gnáthshuíomh leictreoid cumhacht ionduchtaithe i raon sainithe de bhannaí ísle, idirmheánacha nó ardmhinicíochta (Fíor 2A). I gcomhaontú lenár dtorthaí roimhe seo (Kucewicz et al., 2019; Alotaiby et al., 2015), dáileadh na leictreoidí gníomhacha seo go forleathan thar 39 limistéar Brodmann a bhí sainithe i ngach lobes cortical (Fíor 2B). An céatadán coibhneasta de leictreoidí i ngach ceantar Brodmann a bhí éagsúil go gníomhach ó 4.3 faoin gcéad go 75 faoin gcéad , ag brath ar an suíomh laistigh den limbic, tosaigh, prefrontal, parietal, ama, nó lobes occipital (ANOVA F=99.21, p. < 0.001,="" df="5)," le="" leictreoidí="" i="" bhfad="" níos="" gníomhaí="" le="" fáil="" i="" réimsí="" amhairc="" céadfacha="" na="" cortex="" occipital="" agus="" parietal="" (posthoc="" tukey="" kramer,="" p="">< 0.05).="" laistigh="" de="" gach="" réimse,="" breathnaíodh="" comhréireanna="" comhchosúla="" i="" ngach="" banda="" minicíochta,="" lena="" n-áirítear="" an="" alfa="" agus="" an="" banna="" béite,="" gan="" aon="" difríochtaí="" suntasacha="" trasna="" an="" speictrim="" (n-way="" anova="" f="0.17," p="0.9747" ,="" df="5)." go="" hachomair,="" beag="" beann="" ar="" an="" mbanda="" minicíochta="" a="" ndearnadh="" anailís="" air,="" léirigh="" ar="" a="" laghad="" 4="" faoin="" gcéad="" de="" na="" suíomhanna="" leictreoid="" laistigh="" d'aon="" cheann="" de="" na="" réimsí="" cortical="" a="" ndearnadh="" anailís="" orthu="" cumhacht="" a="" tharlódh="" go="" suntasach="" le="" linn="" an="">

To investigate whether these various low and high-frequency spectral activities were induced on the same electrodes, we summarized the over-lap across the six frequency bands for nine cortical regions of interest (ROI; each composed of two Brodmann areas with >18 active electrodes from >8 rannpháirtí; féach tábla 1). Is féidir le leictreoid a bheith gníomhach i mbanda amháin nó níos mó. Fuaireamar amach nach raibh an céatadán is airde leictreoidí gníomhach ach i mbanda amháin (43.12 faoin gcéad) nó dhá (22.94 faoin gcéad), agus go comhréireach níos lú i níos mó ná dhá bhanda agus gan ach mionlach (5.4 faoin gcéad) gníomhach i ngach sé (Fíor. 2C). Breathnaíodh an forluí is airde de chumhacht speictreach ionduchtaithe i níos mó ná dhá bhanda do na leictreoidí i réimsí amhairc céadfacha posterior an cortex occipital (Fíor 2 C; dearg), áit a raibh 4-5 bannaí i ngníomh ar an meán in aghaidh an leictreoid le linn ionchódú focal. Léirigh réimsí amhairc eile den choirtéis ama agus parietal freisin dáiltí réasúnta ard leictreoidí le níos mó ná dhá bhanda gníomhachtaithe, i gcodarsnacht leis na limistéir phróiseála ard-ord roimhe sin sa cortex ama agus réamhtheilgeach, áit a raibh leictreoidí gníomhach i mbandaí minicíochta 1-2. (Fig. 2C; dubh). Ar an iomlán, léirigh formhór na suíomhanna leictreoid an chumhacht speictreach in-laghdaithe i mbanda minicíochta ar leith nó dhó, rud a thugann le tuiscint go raibh na gníomhaíochtaí éagsúla deighilte go spásúil sa cortex.

Fíor 2. Déantar gníomhaíochtaí speictreach a chothaítear le linn ionchódú cuimhne briathartha a dháileadh go neamh-aonfhoirmeach ar fud inchinn an duine. (A) Léiríonn samplaí ionadaíocha de speictream meántrialach le linn ionchódú focal ó leictreoidí gníomhacha na hathruithe cumhachta ionduchtaithe atá teoranta go neamhspleách do gach ceann de na trí ghrúpa minicíochta ó shuímh anatamaíocha éagsúla. (B) Comhréireanna na n-leictreoidí gníomhacha i sé bhanda minicíochta a ndearnadh staidéar orthu (téa íseal: 2–4 Hz, téite ard: 5–9 Hz, alfa: 10–15 Hz) béite:

Léiríonn 16–25 Hz, gáma íseal: 25–55 Hz, gáma ard: 65–115 Hz) difríochtaí suntasacha (ANOVA) sa dáileadh anatamaíoch (réiltíní dearga; p < 0.05="" tástáil="" iar-hoc="" tukey="" kramer="" )="" ach="" ní="" trasna="" na="" mbandaí="" minicíochta="" mar="" a="" achoimrítear="" sna="" ceapacha="" sa="" bhosca="" isteach.="" (c)="" léiríonn="" dáileadh="" na="" leictreoidí="" atá="" gníomhach="" i="" gceann="" amháin="" nó="" níos="" mó="" de="" na="" bannaí="" minicíochta="" an="" forluí="" is="" airde="" i="" réimsí="" posterior="" an="" cortex="" amhairc="" occipital="" agus="" parietal,="" a="" bhí="" ag="" laghdú="" de="" réir="" a="" chéile="" sna="" limistéir="" cortical="" níos="" mó="" roimhe="" mar="" a="" thaispeántar="" sa="" phlota="" meánach="" dromchla="" inchinn.="" agus="" achoimre="" cartún="" ar="" na="" leictreoidí="" gníomhacha="" go="" léir="" (poncanna="" daite="" de="" réir="" an="" bharrachairt)="" agus="" sna="" ceapacha="" veidhlín="" (léiríonn="" línte="" dubha="" agus="" dearga="" an="" meán="" agus="" an="" t-airmheán,="" resp.="" (hoffmann,2015)).="" (d)="" tá="" difríocht="" idir="" dáileadh="" na="" leictreoidí="" go="" léir="" atá="" gníomhach="" sa="" bhandaí="" gáma="" (ardmhinicíocht),="" alfa/béite="" (minicíocht="" idirmheánach),="" agus="" téite="" (minicíocht="" íseal)="" thar="" naoi="" réigiún="" spéise="" cortical="" roghnaithe="" (v="" -="" amhairc;="" it="" -="" ama="" inferior;="" réamh;="" -="" precuneus;="" par="" -="" parietal="" cliathánach;="" mtl="" -="" lobe="" ama="" mesial;="" lt="" -="" temporal="" cliathánach;="" br="" -="" limistéar="" broca;="" pfc="" -="" cortex="" prefrontal;="" fp="" -="" cuaille="" tosaigh)="" le="" leictreoidí="" réamhtheorannacha="" réasúnta="" níos="" mó="" atá="" gníomhach="" sna="" bannaí="" gáma="" (dearg)="" agus="" níos="" mó="" leictreoidí="" sna="" réimsí="" amhairc="" atá="" gníomhach="" ar="" fud="" na="" mbannaí="" go="" léir="" (dubh)="" mar="" a="" thaispeántar="" sa="" phlota="" meán="" dromchla="" inchinn,="" an="" achoimre="" cartún,="" agus="" an="" plota="" veidhlín.="" tabhair="" faoi="" deara="" go="" raibh="" an="" chuid="" is="" mó="" de="" na="" leictreoidí="" san="" iomlán="" gníomhach="" i="" mbanda="" minicíochta="" amháin="" nó="" dhá="" cheann="" de="" na="" minicíochtaí="" ísle,="" idirmheánacha="" nó="" arda,="" ach="" amháin="" i="" gcás="" na="" réimsí="" amhairc="" a="" bhfuil="" níos="" mó="" ná="" dhá="" bhanda="" minicíochta="" gníomhach="" in="" aghaidh="" an="" leictreoid="" aon="" duine="" (le="" léiriú="" ar="" na="" tagairtí="" don="" dath="" seo="" finscéal="" figiúir,="" tagraítear="" don="" léitheoir="" don="" leagan="" gréasáin="" den="" alt="">

D'fhiafraigh muid den chéad uair an raibh na gníomhaíochtaí speictreach a tharlódh ag aon láithreán leictreoid amháin forluiteach i raonta minicíochta comhchosúla. Rinneamar na gníomhaíochtaí a ghrúpáil i ngrúpaí íseal-minicíochta, idirmheánacha agus ardmhinicíochta (téata, alfa/béite, agus gáma, faoi seach) agus chuireamar comhréireanna de leictreoidí gníomhacha i gcomparáid le comhcheangail ghrúpa éagsúla. Léirigh níos mó ná leath de na leictreoidí gníomhacha go léir go bhfuil an chumhacht spreagtha go heisiach sna bannaí íseal, idirmheánacha nó ard-minicíochta (Fig.2D). Bhí leictreoidí le forluí ard trasna na ngrúpaí go léir logánta go príomha sna limistéir amhairc ar chúl (Fig.2D; dubh). Dáileadh na suíomhanna leictreoid eile a léirigh cumhacht ionduchtaithe i gceann de na trí ghrúpa minicíochta go haonfhoirmeach ar fud an cortex le codanna comhchosúla i ngach ROI, seachas na limistéir réamhtheorannacha ina raibh níos mó gníomhaíochtaí gáma ard-minicíochta i láthair le linn ionchódú cuimhne (Fig. .2D; dearg). Léirigh ár dtorthaí go raibh gníomhaíochtaí de raon minicíochta ar leith spreagtha go príomha ag suíomhanna cortical ar leith, rud a chruthaigh patrún dáilte cosúil le mósáic atá comhsheasmhach leis an nóisean de "méarloirg speictreach" (Siegel et al., 2012).

3.2. Tá iarmhairt cliathánachta na cumhachta ionduchtaithe sonrach do mhinicíochtaí ar leith agus do réimsí cortical

An chéad cheist eile a bhí againn ná an raibh an chumhacht iomlán i mbanda a tharlódh le linn am an ionchódaithe focal (Fíor 1) difriúil ag brath ar an suíomh anatamaíoch, an banda minicíochta, nó an leathsféar. Is féidir le leictreoidí gníomhacha aonair méideanna comhchosúla na cumhachta ionduchtaithe a thaispeáint, in ainneoin an dáileadh ilchineálach ar fud na réigiún cortical (Fíor 2). Ar an iomlán, bhí éifeacht shuntasach ag an mbanda minicíochta ar an gcumhacht ionduchtaithe (bearta arís agus arís eile ANOVA F=1346.99,p < 0.001,="" df="" {="" {8}}).="" réigiún="" inchinn="" (anova="" f="38.21," p="">< 0.001,="" df="37)" agus="" de="" shuíomh="" leathsféar="" an="" leictreoid="" (anova="" f="17.4," p="">< 0.001,="" df="" {{="" 18}}).="">

Fíor 3. Léiríonn próifílí ama na cumhachta ionduchtaithe le linn ionchódaithe éifeachtaí cliathánachta i minicíochtaí sonracha agus i réimsí cortical. (A) Taispeánann gach painéal athruithe cumhachta meántrialach thar am cur i láthair na bhfocal (cúlra liath) measta ó gach leictreoid ghníomhach i mbanda minicíochta ar leith agus réigiún inchinn atá breactha go leithleach don leathsféar clé agus ar dheis (dearg agus gorm, resp.) . Déanann na ceapacha achair liath sa chúlra achoimre ar an difríocht staitistiúil (t-staitistic) idir an dá leathsféar i mboscaí ama 50 ms le liath dorcha rud a léiríonn go suntasach níos mó (luachanna t dearfacha) nó níos lú (luachanna t diúltacha) sa chumhacht. an leathsféar clé (línte cothrománacha briste; t-tástáil an mhic léinn, p < -.05).="" tabhair="" faoi="" deara="" go="" bhfuil="" an="" éifeacht="" shuntasach="" cliathánachta="" logánta="" i="" mbandaí="" minicíochta="" ar="" leith="" i="" réigiún="" inchinne="" ar="" leith.="" (b)="" comparáid="" achomair="" ar="" an="" gcumhacht="" ionduchtaithe="" iomlán="" (bearta="" arís="" agus="" arís="" eile="" anova)="" ó="" gach="" banda="" minicíochta="" ar="" fud="" na="" naoi="" réigiún="" inchinn="" (féach="" fíor="" 2="" le="" haghaidh="" lipéid)="" agus="" ceithre="" chéim="" den="" ionchódú="" cuimhne="" -="" an="" fachtóir="" laistigh="" d'ábhair="" (léirítear="" le="" réiltíní="" dearga="" difríocht="" shuntasach="" ;="" tástáil="" tukey-kramer,="" p="">< 0.05).="">CuimhneBa é an éifeacht is mó sa cortex réamhéadanach clé (léirithe ag an saighead dhúbailte dubh), ach léirigh MTL an éifeacht is mó sna limistéir leathsféar ar dheis. leagan den alt seo.).

dheimhnigh anailís ghrúpa (Tukey-Kramer, p < 0.05)="" cumhacht="" i="" bhfad="" níos="" lú="" le="" minicíochtaí="" méadaithe="" na="" mbandaí,="" ach="" amháin="" idir="" na="" bannaí="" gáma="" íseal="" agus="" ard="" (fig.="" forlíontach="" 1).="" léirigh="" leictreoidí="" laistigh="" den="" lobe="" folaíochta="" cumhacht="" ionduchtaithe="" i="" bhfad="" níos="" airde="" ná="" mar="" a="" bhí="" in="" aon="" réimse="" eile="" i="" gcomhaontú="" lenár="" staidéar="" roimhe="" seo="" ar="" ghníomhaíochtaí="" gáma="" ard="" (kucewicz="" et="" al.,="">