L'estimulació talàmica anterior millora els judicis de precisió de la memòria de treball

Per a més informació:ali.ma@wecistanche.com

abstracte

Antecedents: el nucli anterior del tàlem (ANT) s'ha suggerit com un sistema hipocampal estès. S'ha demostrat àmpliament que el circuit de l'ANT i l'hipocamp està associat amb la funció de memòria. Tant les lesions a cada regió com la interrupció del flux d'informació interregional poden induir un deteriorament de la memòria de treball. Tanmateix, el paper d'aquest circuit en la precisió de la memòria de treball continua sent desconegut.

Objectiu: provar el paper de la via tàlàmica hipocamp-anterior en la precisió de la memòria de treball, vam lliurar una estimulació elèctrica intracranial a l'ANT. Presentem la hipòtesi que l'estimulació ANT pot millorar la precisió de la memòria de treball.

Mètodes: es van reclutar pacients amb epilèpsia prequirúrgica amb elèctrodes de profunditat a ANT i hipocamp per realitzar una tasca de memòria de treball de recordació de colors. Es va demanar als participants que assenyalaven el color que se suposa que havien de recordar fent clic a un punt de la roda de colors, mentre que les dades d'EEG intracranial es registraven de manera sincrònica. Per a mitges proves seleccionades aleatòriament, es va lliurar una estimulació elèctrica bipolar als elèctrodes ANT.

Resultats: vam trobar que, en comparació amb els assaigs sense estimulació, els judicis de precisió de la memòria de treball es van millorar significativament per als assajos d'estimulació. L'estimulació elèctrica ANT va augmentar significativament la potència espectral de les oscil·lacions gamma (30e100 Hz) i va disminuir les descàrregues epileptiformes interictals (IED) a l'hipocamp. A més, l'augment de la potència gamma durant el període de pre-estímul i recuperació va predir la millora dels judicis de precisió de la memòria de treball.

Conclusió: l'estimulació elèctrica ANT pot millorar els judicis de precisió de la memòria de treball i modular l'activitat gamma de l'hipocamp, proporcionant evidència directa sobre el paper de l'eix tàlàmic anterior de l'hipocamp humà en la precisió de la memòria de treball.

Introducció

La memòria de treball és una funció cognitiva crítica [1] per donar suport a moltes conductes diàries, com ara l'aprenentatge [2], la presa de decisions [3] i la comprensió del llenguatge [4]. Estudis recents suggereixen que l'hipocamp estava implicat en la memòria de treball [5e8]. Segons el model de buffer de multiplexació, els continguts de la memòria de treball estan representats per conjunts neuronals sincronitzats en oscil·lacions gamma bloquejades a fases específiques d'oscil·lacions de baixa freqüència [9e11]. D'acord amb això, diversos estudis han trobat un augment de l'activitat gamma de l'hipocamp amb la càrrega de memòria de treball [6,7] i un acoblament theta-gamma prominent a l'hipocamp quan es mantenen diversos elements [5]. Un estudi de rosegadors va informar que la memòria de treball exitosa estava relacionada amb oscil·lacions gamma sincronitzades dins de la formació de l'hipocamp [8]. A més, un estudi d'EEG intracranial humà va revelar que la potència gamma de l'hipocamp durant la recuperació de la memòria era predictiva de la precisió de la memòria [12].

Feu clic a cistanche tubulosa beneficis i efectes secundaris per a la memòria

Amb connexions denses i recíproques amb l'hipocamp [13e15] i la seva implicació en la funció cognitiva [15e17], el nucli anterior del tàlem (ANT) s'ha suggerit com un sistema hipocampal estès [18e20]. Un estudi de rosegadors va trobar que la interrupció del flux d'informació entre l'hipocamp i l'ANT deteriorava el rendiment de la memòria de treball espacial [21]. L'estimulació elèctrica dirigida directament a l'hipocamp pot alterar el rendiment de la memòria [22,23]. Tenint en compte l'evidència que estimular un node crític dins d'una xarxa funcional pot modular la funció de xarxa [24], orientar les projeccions aferents de l'hipocamp pot ser una estratègia més eficient per impulsar l'estructura aigües avall per tal de modular el rendiment de la memòria [25]. Així, és possible modular el rendiment de la memòria de treball estimulant elèctricament l'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 Clau Laboratori de Salut Mental, Institut de Psicologia, Pequín, Xina b Departament de Psicologia, Universitat de l'Acadèmia Xinesa de Ciències, Pequín, Xina c Institut de Neurocirurgia Funcional de Pequín, Hospital Xuanwu, Universitat Mèdica Capital, Pequín, Xina d Epilèpsia integral Centre de Pequín, Laboratori Clau de Neuromodulació de Pequín, Departament de Neurologia, Hospital Xuanwu, Universitat Mèdica Capital, Pequín, Xina

L'estudi actual va ser examinar si l'estimulació elèctrica directament de l'ANT pot modular la precisió de la memòria de treball. Pacients epilèptics resistents als fàrmacs amb elèctrodes de profunditat implantats van realitzar un paradigma clàssic de record del color [26,27], mentre que es va lliurar una estimulació elèctrica bipolar als elèctrodes ANT durant la meitat dels assaigs. Tenint en compte l'evidència que les àmplies connexions funcionals i anatòmiques entre l'hipocamp i l'ANT i l'hipocamp tenen un paper important en la memòria de treball, vam plantejar la hipòtesi que l'estimulació elèctrica ANT pot millorar els judicis de precisió de la memòria de treball.

Materials i mètodes

Participants

En l'estudi actual es van reclutar vuit pacients amb epilèpsia del lòbul temporal mèdicament refractària que han implantat estereotàcticament els elèctrodes de profunditat d'electroencefalografia estèreo (SEEG) per identificar zones epileptogèniques a l'hospital de Xuanwu. La informació demogràfica de cada pacient es va mostrar a la taula 1. Tots els pacients van informar d'una agudesa visual normal o corregida per a una visió normal dels colors. Es va obtenir el consentiment informat de tots els subjectes i els procediments d'estudi van ser aprovats pel comitè ètic de l'Hospital Xuanwu de la Universitat Mèdica de Capital.

Localització d'elèctrodes

La TC postoperatòria es va registrar conjuntament a la ressonància magnètica preoperatòria mitjançant FreeSurfer Software Suite [28] (http://surfer.nmr.mgh. harvard.edu) i la biblioteca de programari FMRIB [29]. Els elèctrodes implantats es van reconstruir mitjançant un programari de localització estereotàctica [30]. A continuació, es van mapejar tots els elèctrodes en un espai MNI estàndard. Tots els contactes de l'hipocamp (56 contactes de 8 pacients, cercles vermells) a l'espai MNI es van visualitzar mitjançant el visualitzador BrainNet [31].

Enregistraments electrofisiològics i preprocessament de dades

Les dades d'EEG intracranials van ser registrades pel sistema d'enregistrament Blackrock Neuroport durant l'experiment, amb una freqüència de mostreig a 2000 Hz. Els períodes d'artefacte es van identificar mitjançant inspecció visual i es van rebutjar dels senyals en brut. Es va utilitzar la re-referència bipolar per reduir la conducció de volum, així com les interaccions confuses entre els contactes veïns. Les dades resultants es van dividir en èpoques relacionades amb els esdeveniments per a una anàlisi posterior.

Estimulació elèctrica

L'estimulació elèctrica es va lliurar de manera extra operativa per un estimulador extern (CereStim R96, Blackrock Microsystems) mentre els participants realitzaven la tasca. L'estimulació es va introduir als contactes de veïns aparellats a l'ANT mitjançant polsos rectangulars bifàsics amb una amplada de 300 ms i una amplitud de 0.2 mA a la freqüència de 5{ {20}} Hz (Fig. 1B). Pat2 rep una estimulació de 50 Hz a l'amplitud de 0,5 mA (taula 1). Paradigma experimental La tasca de memòria de treball es va presentar en un 14-monitor d'un portàtil a una distància de visualització d'uns 60 cm amb un fons gris. Un assaig va començar amb la visualització d'una creu de fixació blanca (0,3) al centre de la pantalla, amb una durada de 4,2e5,2 s (Fig. 1A). Es van mostrar al centre i seqüencialment dos quadrats de colors, cadascun dels quals va durar 0,3 s i va ser seguit d'un interval de 0,4e0,5 s en què només es mostrava la creu de fixació al centre. Els dos colors es van triar a l'atzar entre nou colors preseleccionats, cadascun dels quals estava espaiat almenys 40 en una roda de colors que comprenia un subconjunt de colors amb degradat circular. Després d'això, es va mostrar uniformement un número aràbic indicat (1 o 2) durant 0,55 s, indicant quin color cal recordar després. El senyal va ser seguit per un altre interval de 2,5e3 s només amb la creu de fixació. A continuació, es mostrava una roda de colors que constava de colors continus (un gruix d'1,5 i un radi de 9,5). Es va demanar als participants que assenyalaven el color que se suposa que havien de recordar utilitzant un ratolí per fer clic a un punt de la roda de colors. Per eliminar la contribució de la memòria espacial, la roda de colors va girar aleatòriament entre els assaigs. Es va implementar una segona estimulació elèctrica en assaigs seleccionats aleatòriament en els 10 blocs (90 assaigs per a assaigs d'estimulació, 90 assaigs per a assaigs sense estimulació). Cada bloc estava format per 18 proves i els participants poden descansar durant l'interval de blocs. El primer i els últims 4 assaigs (8 assaigs) de tots els 180 assaigs no van incloure estimulació. Estudis anteriors que apliquen estimulació durant les tasques generalment pertorben la memòria [22e24]. L'estimulació exògena pot interrompre les activitats cognitives organitzades en curs dins del cervell. Diversos estudis han demostrat que l'activitat neuronal pre-estímul és important per a la tasca posterior [32e36]. Per tant, l'estimulació elèctrica es va aplicar començant 2.2e2.7 s abans de l'aparició del primer quadrat de color intentant modular l'estat mental durant la fixació prèvia a l'estímul, tal com es fa referència a l'estudi recent [25]. Els subjectes no van ser informats de quins assaigs contenien estimulació i tampoc poden informar de l'aparició d'estimulació. Abans de l'experiment formal, vam provar inicialment el paràmetre utilitzat d'estimulació elèctrica. Vam preguntar als pacients si sentien alguna diferència quan l'estimulació elèctrica es va lliurar en silenci o no. Cap dels pacients va informar que sentia res diferent quan es va lliurar l'estimulació elèctrica.

Fig. 1. Disseny de la tasca. (A) Els assaigs van començar amb una creu de fixació blanca al centre de la pantalla. Es van mostrar seqüencialment dos quadrats de colors. A continuació, es va mostrar un número aràbic indicat (1 o 2) de manera uniforme i aleatòria, que indica quin color cal recordar després. Després d'un interval, se'ls va demanar als participants que assenyalaven el color que havien de recordar fent servir un ratolí per fer clic en un punt de la roda de colors. L'estimulació elèctrica es va aplicar començant 2.2e2.7 s abans de l'aparició del primer quadrat de color (barra vermella). (B) Es mostra un elèctrode d'exemple (cercles plens de negre) per a la Pat 3. El contacte més medial es troba a l'ANT (fletxa negra). (C) Es va representar una resposta exemplar (barra negra) a la roda de colors. (D) El model d'intercanvi es va utilitzar per adaptar-se al rendiment en què hi ha tres possibles fonts de resposta: distribució de Von Mises centrada en el color objectiu, una altra distribució de von Mises amb la mateixa concentració però centrada en un color no objectiu i una probabilitat fixa de simplement endevinar aleatòria. (Per a la interpretació de les referències al color en aquesta llegenda de la figura, es remet al lector a la versió web d'aquest article.)

Tractament de dades i anàlisi estadística

Precisió de la memòria de treball Es va estimar la precisió de la memòria de treball basant-se en el model Swap en el qual es van mesurar tres respostes: resposta objectiu quan els participants van informar correctament el color de l'element sondat amb certa variabilitat, resposta no objectiu quan els subjectes van informar erròniament del color que es va mostrar. no hauria de recordar (p. ex., a través del segon color es va recordar, es va recordar el primer color) i la resposta d'endevinar per a l'element de la sonda no està completament a la memòria [37]. Tant les respostes objectiu com les respostes no objectiu s'ajusten a una distribució de Von Mises centrada en el valor del color dels elements sondejats i informats incorrectament, respectivament, amb la mateixa desviació estàndard, ja que els colors objectiu i no objectiu s'emmagatzemaran de mitjana amb la mateixa precisió [37] . Es va suposar que la resposta d'endevinar era una distribució uniforme perquè els subjectes poden respondre aleatòriament quan no s'ha memoritzat cap informació de color (Fig. 1C i D).

Potència oscil·latòria

Calculem la potència abans de l'inici de l'estímul de la següent manera. Vam crear el punt de temps d'estimulació simulada (2.2e2.7 s abans del primer quadrat de color) per a proves sense estimulació segons l'inici de l'estimulació elèctrica en proves amb estimulació. L'estimulació simulada tenia la mateixa finestra de temps que l'estimulació real. Hem mesurat la potència oscil·latòria en els senyals de potencial de camp local (LFP) amb onelets de Morlet (número d'ona ¼ 5) a 40 freqüències espaiades entre 1 i 200 Hz mitjançant el Caixa d'eines d'excursió [38]. La potència (P) per freqüència en cada punt de temps es va transformar en registre i es va corregir a la potència de referència mitjana (P0) en tots els assaigs (entre 1,5 i 0,5 s abans de l'inici de l'estimulació elèctrica o inici d'estimulació elèctrica simulada) i temps 10 per obtenir la potència normalitzada (dB) (és a dir, 10 log10 (P/P0)). La potència gamma (30e100Hz) es va mesurar en una finestra de temps de 0,8 s (és a dir, 0,2 se1 s després de la compensació d'estimulació per a assaigs amb estimulació, 0,2 se1 s després de la compensació d'estimulació simulada per a assaigs sense estimulació).

Vam examinar més l'activitat de l'hipocamp durant la primera codificació, la segona codificació i el període de recuperació. Les dades de l'hipocamp preprocessades es van agrupar en èpoques relacionades amb els esdeveniments. A continuació, vam fer la descomposició de la freqüència de temps i la correcció de la línia de base exactament de la mateixa manera que anteriorment. La finestra de temps de correcció inicial va ser d'1,5 a 0,5 s abans de l'inici de l'estimulació elèctrica per a assaigs amb estimulació, d'1,5 a 0,5 s abans de l'inici de l'estimulació elèctrica simulada per a assaigs sense estimulació. La potència gamma (30e1{00Hz) es va extreure per a la primera codificació (és a dir, 0.25e{0.7 s després de l'aparició del primer color ), la segona codificació (és a dir, 0.25e{0.7 s després de l'inici del segon color) i la recuperació (és a dir, 0.5e1.5 s després de l'inici del senyal). L'inici de la finestra de codificació es va basar en la constatació que es va demostrar que l'activitat evocada per estímuls va sorgir a l'hipocamp 0,25 s després de l'inici de l'estímul extern [12,39,40]. Hem escollit la finestra de temps de recuperació segons un estudi recent que indica que la recuperació de la memòria es va produir entre 0, 5 s i 1, 5 s després de la presentació del senyal [41].

Anàlisi de descàrregues epileptiformes interictals L'activitat elèctrica anormal durant els intervals interictals, és a dir, descàrregues epileptiformes interictals (IED), es va trobar a l'hipocamp per a pacients amb epilèpsia del lòbul temporal [42] que pot afectar la funció de memòria [43,44]. En l'estudi actual, es va utilitzar un algorisme de detecció automatitzat desenvolupat en un estudi anterior [45] per identificar els IED per a tots els pacients. En resum, les dades preprocessades s'han reduït a 200 Hz, i després es van filtrar de pas de banda de 10 Hz a 60 Hz. L'embolcall instantani de cada canal es va obtenir calculant el valor absolut de la transformada de Hilbert de les dades filtrades. L'embolcall del senyal es va segmentar mitjançant finestres corredisses amb una amplada de 5 s i una superposició del 80 per cent. El llindar variable en el temps de k (Mode + Mediana) es va utilitzar per detectar IED, on k era 5 en aquest estudi, i el Mode i la Mediana es van obtenir mitjançant una estimació de màxima probabilitat d'una distribució estadística logarítmica normal de l'embolcall del senyal a cada un. segment. Cada canal tenia ara el seu propi embolcall i la seva pròpia corba de llindar. Els màxims locals a les interseccions entre les corbes de l'embolcall i el llindar es van marcar com a IED detectats. Originalment, el rendiment del detector automatitzat va ser avaluat per neurofisiòlegs experimentats que van mostrar una alta sensibilitat detectiva i una baixa taxa de falsos positius [45]. Per evitar la possibilitat que els artefactes d'estimulació (en els assajos d'estimulació) afectessin la variabilitat dels senyals LFP, que en conseqüència poden reduir la sensibilitat de la detecció de l'IED, vam eliminar l'embolcall instantani quan es va implementar l'estimulació elèctrica. La finestra de temps eliminada va ser de 0, 2 s abans de l'inici de l'estimulació a 0, 2 s després de la compensació de l'estimulació. En l'estudi actual, per examinar l'efecte de l'estimulació ANT sobre la taxa d'aparició d'IED de l'hipocamp durant la tasca de memòria de treball, vam detectar IED durant tot l'enregistrament. Després d'això, el nombre d'IED detectats des de l'inici del primer quadrat de color fins que es va resumir l'acció de resposta i després es va dividir per la durada del temps per calcular la taxa de l'IED (recompte/s). Després, es va comparar la taxa d'IED entre assaigs amb i sense estimulació.

Anàlisi estadística

L'anàlisi estadística es va processar mitjançant scripts personalitzats combinats amb caixes d'eines de codi obert desenvolupades a MATLAB (Math-Works, Natick, MA, EUA). Es va realitzar una prova de rang signat de Wilcoxon per mesurar l'efecte de l'estimulació: diferència en la precisió de la memòria del color sondat per a assaigs amb i sense estimulació. La comparació de la potència gamma i la taxa d'IED de l'hipocamp entre assajos d'estimulació elèctrica i no estimulació es va dur a terme mitjançant el model d'efecte mixt lineal (LME). El model LME és una mena de model de regressió en què la variació d'una variable dependent es modela en funció dels efectes tant fixos com aleatoris [46]. El model LME és molt adequat per al nostre conjunt de dades perquè es pot utilitzar a nivell de grup mentre es tenen en compte les mesures repetides d'una mostra, que es van produir mentre vam provar els efectes d'estimulació al mateix contacte. A més, el model LME pot tenir en compte el mostreig desigual entre condicions i grups. Aquesta característica va ser important per a la nostra anàlisi perquè els participants tenien un nombre diferent de contactes a l'hipocamp.

Resultats

L'estimulació elèctrica millora els judicis de precisió de la memòria de treball

Per a cada subjecte, la SD de record es va calcular ajustant les distribucions d'errors mitjançant el model Swap, en què una SD de record més petita indicava una millor precisió de memòria [37] (Fig. 1D). Per determinar els efectes conductuals de l'estimulació, vam comparar la memòria SD entre assaigs en què els subjectes van rebre i no estimular mitjançant la prova de rang signat de Wilcoxon. Vam trobar que l'estimulació elèctrica va millorar significativament el rendiment de la memòria (z ¼ 2,24 0, p ¼ 0,025) (Fig. 2A). A més, les millores de precisió de la memòria de treball van ser molt consistents entre els subjectes (7/8) (Fig. 2B). Aquests resultats van indicar que l'estimulació lliurada a l'ANT durant la fixació prèvia a la codificació pot millorar el judici de precisió de la memòria de treball.

Augment de l'activitat gamma de l'hipocamp

Atès que l'hipocamp s'ha proposat implicat en el processament de la precisió de la memòria [12], vam analitzar els canvis neuronals de 56 contactes de l'hipocamp (Fig. 3A) relacionats amb l'estimulació ANT. Estudis recents van trobar que l'estimulació elèctrica va permetre induir activitat d'alta freqüència i que l'activitat gamma induïda estava associada amb el rendiment de la memòria [47]. En l'estudi actual, es va comparar la potència gamma pre-estímul (3{{10}}e1{00Hz) en assaigs d'estimulació amb la dels assaigs sense estimulació mitjançant el Model LME. L'anàlisi va mostrar un augment de la potència gamma a l'hipocamp després de l'estimulació ANT durant la fixació prèvia a l'estímul (b ¼ 0,155, t (110) ¼ 3,447, p <0.{ {39}}01)="" (fig.="" 3b="" i="" c).="" també="" vam="" trobar="" que="" la="" potència="" gamma="" de="" l'hipocamp="" era="" més="" alta="" durant="" la="" primera="" codificació="" (b="" ¼="" 0,101,="" t="" (110)="" ¼="" 2,990,="" p="" ¼="" 0,003,="" figura="" suplementària="" 1b),="" la="" segona="" codificació="" (b="" ¼="" 0,101,="" t="" (110)="" ¼,="" 3.=""><0, 001,="" figura="" suplementària="" 1d)="" i="" recuperació="" (b="" ¼="" 0,="" 104,="" t="" (110)="" ¼="" 3,="" 471,="" p="">< 0,="" 001)="" a="" l'assaig="" amb="" estimulació="" (fig.="" 3f).="" no="" obstant="" això,="" la="" potència="" theta,="" alfa="" i="" beta="" no="" va="" ser="" una="" diferència="" significativa="" entre="" els="" assaigs="" amb="" i="" sense="" estimulació="" durant="" les="" diferents="" etapes="" (tots="" els="" valors="" de="" p=""> 0, 05, Figs suplementàries 1AeD).

Disminució de la taxa d'IED a l'hipocamp

L'IED va ser reconegut com el biomarcador del teixit epileptogènic i l'IED de l'hipocamp pot causar deterioraments cognitius [42,43]. Tenint en compte que els subjectes reclutats en l'estudi actual eren pacients amb epilèpsia del lòbul temporal, vam examinar més si l'estimulació elèctrica millorava la precisió de la memòria reduint les descàrregues epilèpsies. Hem calculat la incidència de l'IED per a cada contacte amb l'hipocamp en assaigs amb i sense estimulació. Utilitzant el model LME, vam trobar una reducció estadísticament fiable de la taxa d'IED com a resultat de l'estimulació elèctrica (b ¼ 0.010, t (110) ¼ 2,782, p ¼ 0,006) (Fig. 4).

Correlació entre l'activitat electrofisiològica i el rendiment conductual

A continuació, es va realitzar l'anàlisi de correlació entre l'activitat electrofisiològica (potència gamma i IED) i el rendiment del comportament. No hem trobat que el canvi de velocitat de l'IED de l'hipocamp estigués relacionat amb el canvi de precisió de la memòria de treball (IED: r ¼ {{0}},262, p ¼ 0,536). Tanmateix, la correlació entre el canvi de potència gamma de l'hipocamp pre-estímul i el canvi de precisió de la memòria de treball va ser significativa (rho ¼ 0,738, p ¼ {{{0}}.046). (Fig. 3D). A més, l'augment de la potència gamma durant el període de recuperació també es va correlacionar amb la millora de la memòria de treball (rho ¼ 0,881, p ¼ 0,007) (Fig. 3E). L'augment de la potència gamma durant la primera codificació i la segona codificació no es va correlacionar amb la millora de la memòria de treball (tots p> 0, 05).

Discussió

L'estudi actual va revelar que l'estimulació elèctrica dirigida a ANT va ser eficaç per millorar la precisió de la memòria de treball. De fet, vam trobar que l'estimulació ANT pot augmentar la potència gamma de l'hipocamp i disminuir la taxa d'aparició d'IED a l'hipocamp. L'augment de la potència gamma de l'hipocamp es va correlacionar significativament amb els judicis de precisió de la memòria de treball, que van proporcionar el paper causal de l'eix tàlàmic hipocamp-anterior en la precisió de la memòria de treball.

Fig. 3. L'estimulació ANT augmenta l'activitat gamma de l'hipocamp. (A) Tots els contactes de l'hipocamp (56 contactes de 8 pacients) estan delimitats a l'espai MNI. (B) Potència gamma pre-estímul (assaigs amb estimulació vs assaigs sense estimulació). L'apagada (0e1 s) és la durada de l'estimulació elèctrica. (C) La potència gamma (30e1{00Hz) va ser significativament més alta per als assaigs amb estimulació que els assaigs sense estimulació durant la fixació prèvia a l'estímul basat en el model LME (b¼ {{ 21}},155, t(110) ¼ 3,447, p < 0.001)="" (d)="" correlació="" entre="" el="" canvi="" de="" potència="" gamma="" (és="" a="" dir,="" gamma="" potència="" per="" a="" proves="" amb="" estimulació="" elèctrica="" -="" potència="" gamma="" per="" a="" proves="" sense="" estimulació="" elèctrica)="" durant="" la="" fixació="" prèvia="" a="" l'estímul="" i="" el="" canvi="" de="" memòria="" sd="" (és="" a="" dir,="" sd="" per="" a="" proves="" amb="" estimulació="" elèctrica="" -="" sd="" per="" a="" proves="" sense="" estimulació="" elèctrica)="" (rho="" ¼="" 0="" .738,="" p="" ¼="" 0,046).="" (e)="" correlació="" significativa="" entre="" el="" canvi="" de="" potència="" gamma="" durant="" la="" recuperació="" (és="" a="" dir,="" potència="" gamma="" per="" a="" assaigs="" amb="" estimulació="" elèctrica="" -="" potència="" gamma="" per="" a="" assaigs="" sense="" estimulació="" elèctrica)="" i="" el="" canvi="" de="" memòria="" sd="" de="" record="" (és="" a="" dir,="" sd="" per="" a="" assaigs="" amb="" estimulació="" elèctrica="" -="" sd="" per="" a="" assaigs="" sense="" estimulació="" elèctrica)="" estimulació)="" (rho="" ¼="" 0,881,="" p="" ¼="" 0,007).="" cada="" cercle="" de="" color="" indica="" un="" pacient.="" (f)="" la="" potència="" gamma="" va="" augmentar="" significativament="" durant="" la="" recuperació="" en="" assaigs="" amb="" estimulació="" basada="" en="" el="" model="" lme="" (b="0,104," t="" (110)="3,471," p=""><0,001). ***p=""><>

Fig. 4. L'estimulació d'ANT disminueix la taxa de DEI de l'hipocamp. (A) La taxa mitjana d'IED des de l'inici del primer quadrat de color fins a l'acció de resposta es redueix significativament per als assaigs amb estimulació elèctrica en comparació amb els assaigs sense estimulació elèctrica (b ¼ 0.010, t (110) ¼ 2,782, p ¼ 0,006). (B) Dos exemples d'IED (marcats amb cercles vermells) es detecten mitjançant un algorisme de detecció automàtica. (C) Gràfic ràster dels IED detectats a través dels assaigs sense estimulació (superior) i amb estimulació (inferior) per al pacient 2. Cada barra vermella vertical indica un IED detectat en un moment específic. (Per a la interpretació de les referències al color en aquesta llegenda de la figura, es remet al lector a la versió web d'aquest article.)

Un gran nombre d'estudis van intentar millorar la memòria mitjançant l'estimulació elèctrica lliurada a estructures relacionades amb l'hipocamp i van donar resultats inconsistents [22,23,25,48]. L'estudi actual va aplicar l'estimulació elèctrica a l'ANT, un dels components principals del circuit Papez. El circuit de Papez es va proposar com a base anatòmica de la memòria [49]. Els investigadors han proposat que la modulació de l'activitat neuronal en aquest circuit pot afectar l'activitat de l'hipocamp i, per tant, canviar el rendiment de la memòria. D'acord amb això, vam trobar que l'estimulació elèctrica millorava la precisió de la memòria de treball, que es pot predir per l'augment de la potència gamma de l'hipocamp. Els nostres resultats van donar suport al consens creixent que l'estimulació elèctrica directa pot modular l'activitat d'una xarxa distribuïda connectada al lloc d'estimulació [24,50]. Aquesta inferència estava en línia amb la perspectiva de l'estimulació no invasiva utilitzada per investigar la dinàmica i l'organització de la xarxa cerebral [51].

Hem lliurat estimulació elèctrica a ANT i hem trobat que l'estimulació millora la precisió de la memòria de treball. Com que aquest resultat indica la implicació de l'eix tàlàmic hipocamp-anterior, hi ha dues possibilitats que expliquen la millora de la precisió de la memòria de treball. En primer lloc, la pròpia estimulació ANT pot millorar directament la memòria, ja que és un component crític del sistema hipocampal estès que suporta la memòria [19,20]. A més, es va informar que l'ANT jugava un paper vital en l'atenció guiada per la memòria [16,17,52]. A més, un estudi recent va revelar mecanismes neuronals compartits entre l'atenció i la memòria de treball [53]. En segon lloc, la precisió de la memòria de treball es va millorar amb l'activitat modulada a l'hipocamp. L'ANT està densament connectat a l'hipocamp [13, 15]. Un estudi recent suggereix que és essencial modular la funció cognitiva estimulant un dels nodes connectats que comprenen una xarxa funcional [24]. De fet, vam trobar que l'estimulació ANT pot augmentar la potència gamma de l'hipocamp i l'augment de la potència gamma era predictiva de la precisió millorada de la memòria de treball. S'ha suggerit que l'hipocamp està implicat en el processament de la memòria de treball quan es mantenien diversos elements o quan es presentaven objectes de manera seqüencial [5,54]. Tant els estudis en humans com en animals han demostrat que la memòria de treball està relacionada amb l'activitat gamma a l'hipocamp [5,6,8]. Així, l'activitat modulada a l'hipocamp pot contribuir a la millora de la memòria de treball.

És possible que l'estimulació elèctrica lliurada a ANT pugui canviar l'estat mental del pacient augmentant l'alerta o l'atenció abans de l'entrada de l'estímul. Diversos estudis han demostrat que l'activitat neuronal pre-estímul pot explicar la variabilitat prova per prova en el rendiment perceptiu i cognitiu [32e35]. D'acord amb això, l'augment de la potència gamma de l'hipocamp pre-estímul es va correlacionar amb la millora de la memòria. A més, la potència gamma durant el període de codificació i recuperació també es va millorar amb l'estimulació elèctrica. L'augment de la potència gamma durant la recuperació també va ser predictiu de la millora de la memòria. Els nostres resultats van ser coherents amb l'estudi anterior que la potència gamma de l'hipocamp era necessària per a l'execució de la memòria de treball [8]. En conjunt, és possible que l'estimulació elèctrica lliurada a l'ANT pugui augmentar l'alerta o l'atenció del pacient durant l'etapa prèvia a l'estímul i afectar encara més la codificació i recuperació de la memòria posteriors.

També vam observar que l'estimulació ANT pot suprimir la descàrrega patològica de l'hipocamp, d'acord amb el nostre estudi clínic anterior [14]. Tanmateix, la disminució de l'IED no pot predir la millora de la memòria de treball, tot i que diversos estudis han demostrat que l'IED de l'hipocamp estava associat amb el rendiment de la memòria [43,44,55]. És possible que l'IED afecti principalment la memòria a llarg termini, en lloc de la memòria de treball.

Aquest estudi té quatre limitacions. En primer lloc, la mida de la mostra era relativament petita. La confirmació de l'efecte d'estimulació observat va requerir una investigació addicional mitjançant el reclutament d'un gran nombre de participants. A més, aquesta petita mida de mostra ens va limitar a investigar més l'efecte lateral de l'estimulació ANT. En segon lloc, tots els individus del present estudi eren pacients amb epilèpsia resistent als fàrmacs. Per tant, la generalització dels resultats actuals a altres grups s'ha de tractar amb precaució. D'altra banda, molts pacients amb epilèpsia han denunciat dèficits de memòria, i millorar-los és essencialment un objectiu terapèutic. En tercer lloc, aquest estudi va trobar que l'estimulació ANT pot millorar la precisió de la memòria de treball en humans. Tanmateix, es desconeix si altres paràmetres d'estimulació com la intensitat, la durada i el període d'estimulació també poden modular el rendiment de la memòria de treball. En quart lloc, és possible que l'estimulació elèctrica lliurada a l'ANT pugui augmentar l'alerta o l'atenció del pacient durant l'etapa prèvia a l'estímul i afectar encara més la codificació i recuperació de la memòria posteriors. Tanmateix, en aquest estudi, no podem determinar quina etapa és més important per a la millora de la memòria de treball. Estudis futurs poden provar-ho directament proporcionant estimulació elèctrica durant diferents etapes per separat.

Conclusió

Aquest estudi va demostrar que l'estimulació elèctrica intracranial del nuclear anterior del tàlem pot millorar la precisió de la memòria de treball i augmentar l'activitat gamma de l'hipocamp. L'augment de l'activitat gamma de l'hipocamp durant el pre-estímul i la recuperació va ser predictiu de la millora de la precisió de la memòria de treball. Aquests resultats suggereixen els papers crítics de l'eix tàlàmic hipocamp-anterior en la precisió de la memòria de treball.