Высокочастотные колебания
Высокочастотные колебания (ВЧО) — это мозговые волны с частотой выше ~80 Гц , генерируемые популяцией нейрональных клеток. Высокочастотные колебания могут быть зарегистрированы во время записей электроэнцефалаграммы (ЭЭГ), локального потенциала поля (LFP) или электрокортикограммы (ЭКоГ) электрофизиологических . В физиологическом состоянии они присутствуют во время резких волн и ряби – колебательных паттернов, участвующих в консолидации памяти . процессах [ 1 ] ГФО связаны с патофизиологией головного мозга, например, с эпилептическим припадком. [ 2 ] и часто регистрируются во время начала приступа. Это перспективный биомаркер для идентификации эпилептогенной зоны. [ 3 ] [ 4 ] Другие исследования указывают на роль ГФО в психических расстройствах и возможное влияние на психотические эпизоды шизофрении . [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
Предыстория и история
[ редактировать ]Традиционная классификация диапазонов частот, связанных с различными функциями/состояниями мозга, состоит из дельта- , тета- , альфа- , бета- и гамма- диапазонов. Из-за ограниченных возможностей ранней экспериментальной/медицинской установки по регистрации быстрых частот по историческим причинам все колебания выше 30 Гц считались высокочастотными и их было трудно исследовать. [ 1 ] Последние достижения в производстве электрофизиологических установок позволяют регистрировать электрический потенциал с высоким временным и пространственным разрешением, а также «улавливать» динамику потенциала действия отдельных клеток . В номенклатуре нейробиологии все еще существует разрыв между ~ 100 Гц и активностью нескольких единиц (> 500 Гц), поэтому эти колебания часто называют высокой гаммой или HFO.
Нейрофизиологические особенности
[ редактировать ]HFO генерируются различными клеточными механизмами и могут быть обнаружены во многих областях мозга. [ 8 ] [ 9 ] В гиппокампе эта быстрая активность нейронов является результатом синхронного всплеска популяции пирамидных клеток в области CA3 и дендритного слоя CA1 , что приводит к возникновению характерного паттерна колебаний (подробнее см. Острые волны и рябь ). [ 10 ] Возникновение HFO во время задания на запоминание (кодирование и воспроизведение изображений) также было зарегистрировано у пациентов-людей на основании внутричерепных записей в первичных зрительных , лимбических и корковых областях более высокого порядка . [ 11 ] Другой пример физиологического HFO частотой около 300 Гц был обнаружен в субталамическом ядре . [ 12 ] область мозга, которая является основной мишенью высокочастотной (130 Гц) глубокой стимуляции мозга у пациентов с болезнью Паркинсона .
Соматосенсорные вызванные высокочастотные колебания
[ редактировать ]Записи ЭКоГ соматосенсорной коры головного мозга человека показали присутствие HFO (достигающего даже 600 Гц) во время сенсорных вызванных потенциалов и соматосенсорного вызванного магнитного поля после стимуляции срединного нерва . [ 13 ] Эти всплески активности генерируются таламокортикальной петлей и управляются высокосинхронизированными импульсами таламокортикальных волокон и, как полагают, играют роль в обработке информации. [ 14 ] Соматосенсорные вызванные изменения амплитуды HFO потенциально могут быть использованы в качестве биомаркера неврологических расстройств, что может помочь в диагностике в определенных клинических ситуациях. У некоторых онкологических больных с опухолями головного мозга наблюдалась более высокая амплитуда ГФО на той стороне, где располагалась опухоль. Авторы этого исследования также предполагают вклад таламокортикальных путей в быстрые колебания. [ 15 ] Интересно, что более высокие амплитуды HFO (между 400 и 800 Гц) после стимуляции нерва также наблюдались в сигнале ЭЭГ здоровых игроков в футбол и ракетку . [ 16 ]
Патологический ГФО
[ редактировать ]Существует множество исследований, в которых сообщаются патофизиологические типы HFO у пациентов-людей и моделей заболеваний на животных, которые связаны с различными психическими или неврологическими расстройствами:
- Сообщалось об аберрациях амплитуды сенсорно-вызванных HFO (600 Гц) при легкой демиелинизации у пациентов с рассеянным склерозом . [ 17 ]
- HFO (>80 Гц) возникает во время начала эпилептического припадка. [ 18 ] [ 19 ]
- Нарушение синхронизации HFO (200–500 Гц) в субталамическом ядре связано с симптомами болезни Паркинсона . [ 20 ] [ 12 ]
- ГФО видны в различных областях мозга сразу после остановки сердца и связаны с предсмертными состояниями. [ 21 ]
- Всплески HFO высокой амплитуды (80–200 Гц) коррелируют с психотическим состоянием, вызванным PCP или субанестезирующей дозой кетамина (и других блокаторов NMDA-рецепторов ). [ 6 ] [ 22 ] [ 23 ]
Гипофункция NMDA-рецептора HFO
[ редактировать ]
Растет число исследований, указывающих на то, что ритмы HFO (130–180 Гц) могут возникать из-за местной блокады рецепторов NMDA. [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] что также является фармакологической моделью шизофрении. [ 26 ] Эти быстрые колебания, зависимые от рецептора NMDA, были обнаружены в различных областях мозга, включая гиппокамп , [ 29 ] прилежащее ядро [ 6 ] и префронтальной коры . [ 30 ] Несмотря на то, что этот тип ГФО еще не был подтвержден у людей, было показано, что антипсихотические препараты второго поколения , широко используемые для лечения шизофрении и шизоаффективных расстройств (например, клозапин , рисперидон ), снижают частоту ГФО. [ 6 ] Недавние исследования сообщают о новом источнике HFO в структурах обонятельных луковиц, который на удивление сильнее любого другого источника, ранее наблюдавшегося в мозге млекопитающих. [ 31 ] [ 32 ] ГФО в луковице генерируется локальными возбуждающе-тормозными цепями, модулируемыми ритмом дыхания, и может быть зарегистрирован также под кетамин-ксилазиновой анестезией. [ 33 ] Эти результаты могут помочь понять ранние симптомы пациентов с шизофренией и их родственников, которые могут страдать от нарушений обонятельной системы. [ 34 ]
См. также
[ редактировать ]Мозговые волны
[ редактировать ]- Дельта-волна – (0,1 – 3 Гц)
- Тета-волна – (4 – 7 Гц)
- Мю-волна – (7,5 – 12,5 Гц)
- Волна СМР – (12,5 – 15,5 Гц)
- Альфа-волна – (7 (или 8) – 12 Гц)
- Бета-волна – (12 – 30 Гц)
- Гамма-волна – (32 – 100 Гц)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Бужаки, Дьёрдь; да Силва, Фернандо Лопес (сентябрь 2012 г.). «Высокочастотные колебания в интактном мозге» . Прогресс нейробиологии . 98 (3): 241–249. doi : 10.1016/j.pneurobio.2012.02.004 . ISSN 0301-0082 . ПМЦ 4895831 . ПМИД 22449727 .
- ^ Энгель, Джером; Брагин, Анатолий; Стаба, Ричард; Моди, Иштван (апрель 2009 г.). «Высокочастотные колебания: что нормально, а что нет?» . Эпилепсия . 50 (4): 598–604. дои : 10.1111/j.1528-1167.2008.01917.x . ISSN 1528-1167 . ПМИД 19055491 . S2CID 18528403 .
- ^ Джейкобс, Дж.; Стаба, Р.; Асано, Э.; Оцубо, Х.; Ву, JY; Зийлманс, М.; Мохамед, И.; Кахане, П.; Дюбо, Ф.; Наварро, В.; Готман, Дж. (сентябрь 2012 г.). «Высокочастотные колебания (ВЧО) при клинической эпилепсии» . Прогресс нейробиологии . 98 (3): 302–315. doi : 10.1016/j.pneurobio.2012.03.001 . ISSN 0301-0082 . ПМЦ 3674884 . ПМИД 22480752 .
- ^ Арройо, Сантьяго; Уэмацу, Сумио (июль 1992 г.). «Высокочастотная ЭЭГ-активность в начале приступов» . Журнал клинической нейрофизиологии . 9 (3): 441–448. дои : 10.1097/00004691-199207010-00012 . ISSN 0736-0258 . ПМИД 1517412 .
- ^ Ульхаас, Питер Дж.; Певец Вольф (сентябрь 2013 г.). «Высокочастотные колебания и нейробиология шизофрении» . Диалоги в клинической неврологии . 15 (3): 301–313. doi : 10.31887/DCNS.2013.15.3/puhlhaas . ISSN 1294-8322 . ПМЦ 3811102 . ПМИД 24174902 .
- ^ Jump up to: а б с д Ольшевский, Мацей; Пясецка, Джоанна; Года, Сайлая А.; Касицки, Стефан; Хант, Марк Дж. (июнь 2013 г.). «Антипсихотические соединения по-разному модулируют высокочастотные колебания в прилежащем ядре крысы: сравнение препаратов первого и второго поколения» . Международный журнал нейропсихофармакологии . 16 (5): 1009–1020. дои : 10.1017/S1461145712001034 . ISSN 1469-5111 . ПМИД 23171738 .
- ^ Года, Сайлая А.; Ольшевский, Мацей; Пясецка, Джоанна; Рейняк, Каролина; Уиттингтон, Майлз А.; Касицки, Стефан; Хант, Марк Дж. (август 2015 г.). «Аберрантные высокочастотные колебания, зарегистрированные в прилежащем ядре крысы в модели развития шизофрении с использованием метилазоксиметанолацетата» . Прогресс нейропсихофармакологии и биологической психиатрии . 61 : 44–51. дои : 10.1016/j.pnpbp.2015.03.016 . ISSN 0278-5846 . ПМИД 25862088 . S2CID 13965042 .
- ^ Хауфлер, Даррелл; Паре, Денис (1 июля 2014 г.). «В расширенной миндалевидном теле заметны высокочастотные колебания» . Журнал нейрофизиологии . 112 (1): 110–119. дои : 10.1152/jn.00107.2014 . ISSN 0022-3077 . ПМК 4064387 . ПМИД 24717353 .
- ^ Чжун, Вэйвэй; Чиатипис, Марева; Вольфенштеттер, Тереза; Джессбергер, Якоб; Мюллер, Карола; Понсель, Саймон; Яновский, Евгений; Бранкач, Юрий; Торт, Адриано Б.Л.; Драгун, Андреас (25 апреля 2017 г.). «Селективное увлечение гамма-поддиапазонов различными медленными колебаниями сети» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (17): 4519–4524. дои : 10.1073/pnas.1617249114 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 5410835 . ПМИД 28396398 .
- ^ Юлинен, А.; Брагин А.; Надасди, З.; Хандо, Г.; Сабо, И.; Сик, А.; Бужаки, Г. (январь 1995 г.). «Острые волновые высокочастотные колебания (200 Гц) в интактном гиппокампе: сетевые и внутриклеточные механизмы» . Журнал неврологии . 15 (1 Пт 1): 30–46. doi : 10.1523/JNEUROSCI.15-01-00030.1995 . ISSN 0270-6474 . ПМК 6578299 . ПМИД 7823136 .
- ^ Куцевич, Михал Т.; Цимбальник, Ян; Мацумото, Джозеф Ю.; Бринкманн, Бенджамин Х.; Бауэр, Марк Р.; Васоли, Винсент; Сульц, Властимил; Мейер, Фред; Марш, WR; Стед, С.М.; Уоррелл, Грегори А. (август 2014 г.). «Высокочастотные колебания связаны с когнитивной обработкой в памяти человека» . Мозг . 137 (8): 2231–2244. дои : 10.1093/brain/awu149 . ISSN 0006-8950 . ПМК 4107742 . ПМИД 24919972 .
- ^ Jump up to: а б Фоффани, Г. (23 июня 2003 г.). «Субталамические колебания 300 Гц при болезни Паркинсона» . Мозг . 126 (10): 2153–2163. дои : 10.1093/brain/awg229 . ISSN 1460-2156 . ПМИД 12937087 .
- ^ Бурнос, Сергей; Феделе, Томмазо; Шмид, Оливье; Крайенбюль, Никлаус; Сарнтейн, Йоханнес (01 января 2016 г.). «Обнаруживаемость соматосенсорных вызванных высокочастотных колебаний (ВЧО), зарегистрированных совместно с ЭЭГ кожи головы и ЭКоГ под действием пропофола» . НейроИмидж: Клинический . 10 : 318–325. дои : 10.1016/j.nicl.2015.11.018 . ISSN 2213-1582 . ПМЦ 4723731 . ПМИД 26900572 .
- ^ Одзаки, Исаму; Хасимото, Исао (1 октября 2011 г.). «Изучение физиологии и функции высокочастотных колебаний (ВЧО) соматосенсорной коры» . Клиническая нейрофизиология . 122 (10): 1908–1923. дои : 10.1016/j.clinph.2011.05.023 . ISSN 1388-2457 . ПМИД 21724458 . S2CID 7628474 .
- ^ Ооба, Хироши; Абэ, Тацуя; Камида, Тору; Анан, Мицухиро; Морисигэ, Масаки; Фуджики, Минору (апрель 2010 г.). «Повышение высокочастотных колебаний (ВЧО) у пациентов с опухолями головного мозга: значение увеличения амплитуды N20» . Клиническая нейрофизиология . 121 (4): 474–481. дои : 10.1016/j.clinph.2009.12.007 . ISSN 1872-8952 . ПМИД 20097127 . S2CID 206793052 .
- ^ Мураками, Такенобу; Сакума, Кендзи; Накашима, Кендзи (1 декабря 2008 г.). «Соматосенсорные вызванные потенциалы и высокочастотные колебания у спортсменов» . Клиническая нейрофизиология . 119 (12): 2862–2869. дои : 10.1016/j.clinph.2008.09.002 . ISSN 1388-2457 . ПМИД 18849191 . S2CID 30129908 .
- ^ Гоббеле, Рене; Ваберски, Тилль Дино; Дикхефер, Энн; Каволь, Вольфрам; Клостерманн, Фабиан; Курио, Габриэль; Бюхнер, Гельмут (июль 2003 г.). «Закономерности нарушения распространения импульсов при рассеянном склерозе, выявленные по низкочастотным и высокочастотным компонентам соматосенсорного вызванного потенциала» . Журнал клинической нейрофизиологии . 20 (4): 283–290. дои : 10.1097/00004691-200307000-00008 . ISSN 0736-0258 . ПМИД 14530742 . S2CID 24099633 .
- ^ Зийлманс, Мэйке; Йируска, Пржемысл; Зельманн, Рина; Лейтен, Франс СС; Джефферис, Джон Г. Р.; Готман, Жан (февраль 2012 г.). «Высокочастотные колебания как новый биомаркер при эпилепсии» . Анналы неврологии . 71 (2): 169–178. дои : 10.1002/ana.22548 . ISSN 1531-8249 . ПМЦ 3754947 . ПМИД 22367988 .
- ^ Фраушер, Биргит; Бартоломеи, Фабрис; Кобаяши, Кацухиро; Цимбальник, Ян; Вант Клоостер, Мариз А.; Рампп, Стефан; Оцубо, Хироши; Хеллер, Ивонн; Ву, Джойс Ю.; Асано, Эйши; Энгель, Джером (август 2017 г.). «Высокочастотные колебания: Состояние клинических исследований» . Эпилепсия . 58 (8): 1316–1329. дои : 10.1111/epi.13829 . ISSN 0013-9580 . ПМЦ 5806699 . ПМИД 28666056 .
- ^ Ян, Эндрю И.; Ванегас, Нора; Лунгу, Кодрин; Заглул, Карим А. (17 сентября 2014 г.). «Бета-связанная высокочастотная активность и бета-заблокированные нейрональные спайки в субталамическом ядре при болезни Паркинсона» . Журнал неврологии . 34 (38): 12816–12827. doi : 10.1523/JNEUROSCI.1895-14.2014 . ISSN 1529-2401 . ПМК 4166162 . ПМИД 25232117 .
- ^ Борджигин, Джимо; Ли, Унчол; Лю, Тиченг; Пал, Динеш; Хафф, Шон; Кларр, Дэниел; Слобода, Дженнифер; Эрнандес, Джейсон; Ван, Майкл М.; Машур, Джордж А. (27 августа 2013 г.). «Всплеск нейрофизиологической когерентности и связности в умирающем мозге» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (35): 14432–14437. Бибкод : 2013PNAS..11014432B . дои : 10.1073/pnas.1308285110 . ISSN 1091-6490 . ПМЦ 3761619 . ПМИД 23940340 .
- ^ Хант, Марк Дж.; Ольшевский, Мацей; Пясецка, Джоанна; Уиттингтон, Майлз А.; Касицки, Стефан (2015). «Влияние антагонистов рецепторов NMDA и нейролептиков на высокочастотные колебания, регистрируемые в прилежащем ядре свободно движущихся мышей» . Психофармакология . 232 (24): 4525–4535. дои : 10.1007/s00213-015-4073-0 . ISSN 0033-3158 . ПМК 4646921 . ПМИД 26446869 .
- ^ Хант, Марк Дж; Касицки, Стефан (17 июля 2013 г.). «Систематический обзор влияния антагонистов рецепторов NMDA на колебательную активность, зарегистрированную in vivo» . Журнал психофармакологии . 27 (11): 972–986. дои : 10.1177/0269881113495117 . ISSN 0269-8811 . ПМИД 23863924 . S2CID 31344362 .
- ^ Чинталури, Чайтанья; Бейтка, Марта; Среднява, Владислав; Червинский, Михал; Дзик, Якуб М.; Енджеевска-Шмек, Иоанна; Кондракевич, Кацпер; Кублик, Ева; Войчик, Дэниел К. (14 мая 2021 г.). «Что мы можем и чего не можем видеть с помощью внеклеточных мультиэлектродов» . PLOS Вычислительная биология . 17 (5): e1008615. Бибкод : 2021PLSCB..17E8615C . дои : 10.1371/journal.pcbi.1008615 . ISSN 1553-7358 . ПМЦ 8153483 . ПМИД 33989280 .
- ^ Хант, Марк Джереми; Рейно, Берил; Гарсия, Рене (1 декабря 2006 г.). «Кетамин в зависимости от дозы вызывает высокочастотные колебания в прилежащем ядре у свободно передвигающихся крыс» . Биологическая психиатрия . 60 (11): 1206–1214. doi : 10.1016/j.biopsych.2006.01.020 . ISSN 0006-3223 . ПМИД 16650831 . S2CID 22548264 .
- ^ Jump up to: а б Фрелих, Джоэл; Ван Хорн, Джон Д. (апрель 2014 г.). «Обзор кетаминовой модели шизофрении» . Журнал психофармакологии . 28 (4): 287–302. дои : 10.1177/0269881113512909 . ISSN 1461-7285 . ПМЦ 4133098 . ПМИД 24257811 .
- ^ Филлипс, КГ; Котел, MC; Маккарти, AP; Эдгар, DM; Триклбанк, М.; О'Нил, MJ; Джонс, Миссури; Уоффорд, штат Калифорния (март 2012 г.). «Дифференциальное влияние антагонистов NMDA на высокочастотные и гамма-колебания ЭЭГ в модели нейроразвития шизофрении» . Нейрофармакология . 62 (3): 1359–1370. doi : 10.1016/j.neuropharm.2011.04.006 . ПМИД 21521646 . S2CID 23058003 .
- ^ Хансен, Ингеборг Х.; Агерсков, Клаус; Арвастсон, Ларс; Бастлунд, Йеспер Ф.; Соренсен, Хельге Б.Д.; Херрик, Кьяртан Ф. (июль 2019 г.). «Фармако-электроэнцефалографические реакции у крыс различаются в активных и неактивных локомоторных состояниях» . Европейский журнал неврологии . 50 (2): 1948–1971. дои : 10.1111/ejn.14373 . ISSN 1460-9568 . ПМК 6806018 . ПМИД 30762918 .
- ^ КАЙШЕТА, Фабио В.; Корнелио, Алианда М.; Схеффер-Тейшейра, Робсон; РИБЕЙРО, Сидарта; Торт, Адриано Б.Л. (2 августа 2013 г.). «Кетамин изменяет колебательную связь в гиппокампе» . Научные отчеты . 3 : 2348. Бибкод : 2013NatSR...3E2348C . дои : 10.1038/srep02348 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 3731648 . ПМИД 23907109 .
- ^ Питтман-Поллетта, Бенджамин; Ху, Кун; Кочиш, Бернат (2 августа 2018 г.). «Субъединичный антагонизм NMDAR диссоциирует осциллопатии, соответствующие подтипу шизофрении, связанные с лобной гипофункцией и гиперфункцией гиппокампа» . Научные отчеты . 8 (1): 11588. Бибкод : 2018NatSR...811588P . дои : 10.1038/s41598-018-29331-8 . ISSN 2045-2322 . ПМК 6072790 . ПМИД 30072757 .
- ^ Хант, Марк Джереми; Адамс, Натали Э.; Среднява, Владислав; Войчик, Дэниел К.; Саймон, Анна; Касицки, Стефан; Уиттингтон, Майлз Адриан (январь 2019 г.). «Обонятельная луковица является источником высокочастотных колебаний (130–180 Гц), связанных с субанестезирующей дозой кетамина у грызунов» . Нейропсихофармакология . 44 (2): 435–442. дои : 10.1038/s41386-018-0173-y . ISSN 1740-634X . ПМК 6300534 . ПМИД 30140046 .
- ^ Врубель, Яцек; Среднява, Владислав; Юркевич, Габриэла; Жигеревич, Ярослав; Войчик, Дэниел К.; Уиттингтон, Майлз Адриан; Хант, Марк Джереми (04 ноября 2020 г.). «Носовое дыхание необходимо для кетаминозависимых высокочастотных колебаний сети и поведенческой гиперактивности у крыс» . Научные отчеты . 10 (1): 18981. Бибкод : 2020NatSR..1018981W . дои : 10.1038/s41598-020-75641-1 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 7642442 . ПМИД 33149202 .
- ^ Среднява, Владислав; Врубель, Яцек; Кублик, Ева; Войчик, Даниэль Кшиштоф; Уиттингтон, Майлз Адриан; Хант, Марк Джереми (18 марта 2021 г.). «Сетевые и синаптические механизмы, лежащие в основе высокочастотных колебаний в обонятельной луковице крыс и кошек под кетамин-ксилазиновой анестезией» . Научные отчеты . 11 (1): 6390. doi : 10.1038/s41598-021-85705-5 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 7973548 . ПМИД 33737621 .
- ^ Турецкий, Брюс I; Хан, Чанг-Гю; Арнольд, Стивен Э; Моберг, Пол Дж (февраль 2009 г.). «Дисфункция нейронов обонятельных рецепторов при шизофрении» . Нейропсихофармакология . 34 (3): 767–774. дои : 10.1038/нпп.2008.139 . ISSN 0893-133X . ПМЦ 3524971 . ПМИД 18754006 .