Острые волны и рябь
Острые волны и рябь ( SWR ) представляют собой колебательные паттерны, продуцируемые чрезвычайно синхронизированной активностью нейронов в гиппокампе млекопитающих и соседних областях, которые спонтанно встречаются в продовольственных состояниях или во время сна NREM. [ 1 ] Их можно наблюдать с различными методами визуализации, такими как ЭЭГ . Они состоят из больших амплитудных волн в локальном полевом потенциале и производится десятками тысяч нейронов, сжигающих вместе в пределах 30–100 мс. [ 1 ] Они являются одними из наиболее синхронных паттернов колебаний в мозге, что делает их восприимчивыми к патологическим моделям, таким как эпилепсия. Они были широко охарактеризованы и описаны Гиерги Бузсаки , и, как было показано, участвуют в консолидации памяти во сне и повторно Воспоминания, приобретенные во время бодрствования.
История и опыт
[ редактировать ]Нейрональные колебания являются важными компонентами исследований нейробиологии. В течение последних двух десятилетий колебания гиппокампа были основным направлением в исследованиях нейрональных колебаний. [ 2 ] Среди различных колебаний, присутствующих в мозге, SWR являются первой и единственной популяционной активностью, которая начинается в развивающемся гиппокампе, но они являются наименее понятной сетью шаблона гиппокампа. [ 3 ]
Первоначально эти большие волны наблюдались Корнелиусом Вандерволфом в 1969 году, а затем Джон О'Киф исследовал SPW-RS более подробно в 1978 году, изучая пространственную память крыс. [ 2 ] Гирги Бузсаки и его сотрудники изучали и охарактеризовали SWRS в деталях и описали свои физиологические функции и роль в разных состояниях животного. [ 2 ] [ 4 ]
Эти паттерны представляют собой большую амплитуду, апериодические рецидивирующие колебания, возникающие в апикальном дендритном слое областей СА1 гиппокампа. За острыми волнами следуют синхронные быстрые колебания поля (частота 140–200 Гц), названная Ribples. [ 5 ]
Особенности этих колебаний предоставили доказательства их роли в индукции синаптической пластичности и консолидации памяти. Среди этих особенностей их широко распространенное влияние на нейроны популяции в гиппокампе и зависимое от опыта содержание участвующих нейронов. Исследования показали, что устранение SWRS путем электрической стимуляции мешает крысам способности вспоминать информацию о пространственной памяти. [ 6 ] [ 7 ] Эти функции поддерживают функциональную роль острых волн и рябь в консолидации памяти.
Формирование гиппокампа
[ редактировать ]Структуры
[ редактировать ]Схема
[ редактировать ]
Трисинаптический цикл , как основная схема гиппокампа, отвечающего за передачу информации между гиппокампом и корой, также является схемой, производящей SWR. Эта схема обеспечивает путь, по которому SWR влияют на области коры, а также получают от них входные данные. Следовательно, этот цикл показан как путь, ответственный за преобразование кратковременной памяти в долговременную память . Трисинаптическая петля гиппокампа является одной из самых тщательно изученных цепей для долгосрочного потенцирования .
Участники нейрональных популяций
[ редактировать ]Появление этих самоорганизованных событий гиппокампа зависит от взаимодействия между различными пирамидальными и гранулярными нейронами с различными типами интернейронов в этой схеме. Пирамидальные клетки области дендритного слоя CA3 и CA1 важны для создания этих волн, и они влияют на субикулум , парасубикулум , энторинальную кору и, в конечном счете, нейроны неокортекса. [ 3 ] Во время SWRS, который длится приблизительно 100 миллисекунд, 50 000–100 000 нейронов выделяют синхронность, что делает SWRS самым синхронным событием в мозге. [ 3 ] Важной концепцией о нейрональных популяциях, участвующих в этих событиях, является тот факт, что они зависят от опыта. Последовательности, которые были активны во время деятельности животного, являются те, которые участвуют в SWRS. Активность естественным образом распространяется вдоль путей, которые имеют более сильные синапсы. Это одна из особенностей SWR, предоставляющих доказательства для их роли в консолидации памяти.
Сетевые механизмы генерации
[ редактировать ]Самостоятельная сеть
[ редактировать ]Внутренние всплески пирамидальных клеток в области CA3 гиппокампа посредством коллатералей CA3 вызывают деполяризацию пирамидальных клеток в дендритном слое CA1, которые вызывают внеклеточные негативные волны - острые волны, посвященные быстрым рядам. [ 8 ] Разряд пирамидных клеток области CA3 также активирует GABAergic Interneirons. [ 3 ] Разреженное стрельба пирамидальных клеток CA1 и в фазе ингибирования из активированных интернейронов приводит к высоким колебаниям сети высоких частот (200 Гц), которые являются множеством. [ 9 ] Вскоре популяции CA1 приводят к сильно синхронизированной активности в целевой популяции парагиппокампальных структур. [ 10 ]
Эффекты неокортикальных входов
[ редактировать ]
Несмотря на самостоятельную природу SWR, их активность может быть изменена входными данными из неокортекса через трисинаптический цикл в гиппокамп. Активность неокортекса во время медленного волнового сна определяет входы в гиппокамп; Таламокортикальные веретки для сна и дельта -волны - это схемы сна неокортекса. [ 11 ] Эти входные данные способствуют выбору различных нейрональных сборок для инициации SWR и влияют на время SWR. [ 3 ] Различные таламокортикальные нейрональные сборы вызывают веретки для сна, и эти клеточные сборки влияют на инициатор взрыва для острых волн. Таким образом, таламокортикальные входные данные влияют на содержание SWR, идущих в неокортекс.
Консолидация памяти
[ редактировать ]Острые волны и связанные с ними рябы присутствуют в мозге млекопитающих видов, которые были исследованы для этой цели, включая мышей, крыс, кроликов, обезьян и людей. [ 5 ] У всех этих видов они были показаны, прежде всего, участвуют в консолидации недавно приобретенных воспоминаний во время неподвижности и медленного сна . Характеристики этих колебаний, такие как наличие зависимых от опыта содержания нейронов, воздействие кортикального ввода и реактивация неокортикальных путей, сформированных в результате недавнего опыта, обеспечивают доказательства их роли в консолидации памяти . Кроме того, некоторые прямые доказательства их роли происходят из -за исследований, исследуя последствия их удаления. Исследования на животных показали, что истощение волновой активности электрической стимуляцией будет нарушать образование новых воспоминаний у крыс. [ 7 ] [ 6 ] Кроме того, в пространственно не обоснованных задачах, таких как пассивное исследование, оптогенетическое нарушение событий SPW-R мешает стабилизации недавно образованного кода ячейки гиппокампа (Ref, [ 12 ] но см. Ref [ 13 ] ) Что касается людей, то в настоящее время предполагается, что гиппокамп в целом важен для некоторых форм консолидации памяти, таких как декларативные и пространственные воспоминания. [ 2 ] Тем не менее, четкие доказательства роли событий SPW-R в консолидации памяти в гиппокампе людей все еще отсутствуют.
Двухэтапная модель памяти
[ редактировать ]Основываясь на результатах исследований о SPW-RS, в 1989 году влиятельная двухэтапная модель памяти, предложенная Бузсаки, подтверждала ее последующие доказательства. Основываясь на этой модели, первоначальные воспоминания о событиях образуются во время приобретения и усиливаются во время повторения. Приобретение происходит с помощью тета и гамма -волн, активирующих нейрональный путь для начального образования памяти. Позже этот путь будет воспроизведен после распространения SPW-RS в Neocortex. Нейрональные последовательности во время воспроизведения происходят более высокой скоростью и находятся в прямом и обратном направлении начального образования. [ 4 ]
Рябь и быстрые гамма
[ редактировать ]Несмотря на то, что грабители гиппокампа (140–220 Гц) и быстрые гамма (90–150 Гц) колебания имеют сходные механизмы генерации, они представляют собой два отдельных закономерности в гиппокампе. Они оба производятся в качестве реакции области CA1 на входные данные из области CA3. Рибки присутствуют только тогда, когда тета -волны относительно отсутствуют во время острых волн, тогда как быстрые гамма -волны возникают во время тета -волн и острых волн. [ 10 ] Величина и частота как рябь, так и быстрых гамма -узоров зависят от величины острых волн гиппокампа. Более сильное возбуждение от острых волн приводит к пульсальным колебаниям, тогда как более слабые стимуляции генерируют быстрые гамма -модели. [ 14 ] Кроме того, они показаны зависимыми от региона, в пирамидальных клетках области CA1 рябы, которые являются самыми быстрыми колебаниями, в пирамидальных клетках области CA1, в то время как гамма -колебания доминируют в области CA3 и парагиппокампальных структурах. [ 10 ]
Состояние болезней
[ редактировать ]Эпилепсия
[ редактировать ]В дополнение к продолжающимся исследованиям роли комплексов SPW-R в консолидации памяти и пластичности нейронов, еще одной важной областью внимания является их роль в развитии эпилепсии. Как упоминалось ранее, SPW-RS являются наиболее синхронными колебаниями, наблюдаемыми в мозге; что подразумевает любую аномальную активность в этой сети, приведет к значительным последствиям. Одним из отклонений от нормальной активности является быстрый рябь. Быстрая рябь - это патологический паттерн, который возникает из физиологических ряби. Эти быстрые ряби являются полевыми потенциалами гиперсинхронного разрыва возбуждающих нейронов пирамидальных клеток на частотах от 250 до 600 Гц. [ 15 ] Быстрая активность Rifples в гиппокампе рассматривается как патологические паттерны, непосредственно связанные с эпилепсией , но они, по -видимому, как физиологическая, так и патологическая активность в неокортексе. [ 16 ] Хотя базовая физиология и выявление вклада быстрого ряда в генерации судорог все еще находятся в расследовании и дальнейших исследованиях, исследования предполагают, что быстрые ряды могут использоваться в качестве биомаркера эпилептогенных тканей. [ 17 ]
Смотрите также
[ редактировать ]Другие мозговые волны
[ редактировать ]- Delta Wave - (0,1–4 Гц)
- Альфа -волна - (8–12 Гц)
- Тета -волна - (4–8 Гц)
- MU Wave - (8–13 Гц)
- Бета -волна - (13–30 Гц)
- Гамма -волна - (25–100 Гц)
- Высокочастотные колебания -(> 80 Гц)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный Бузсаки, Гьорги (2021). Мозг изнутри . Нью -Йорк, Нью -Йорк, Соединенные Штаты Америки. п. 200. ISBN 978-0-19-754950-6 Полем OCLC 1225288277 .
{{cite book}}
: CS1 Maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка ) - ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Maier, n; Draguhn A.; Schmitz D; Оба М. (март 2013 г.). «Быстрые колебания сети в явлениях гиппокампа, механизмов и открытых вопросов на границе сотовой и системной нейронаук» . e-neuroforum . 4 (1): 1–10. doi : 10.1007/s13295-013-0038-0 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Buzsáki, György (2006). Ритмы мозга . Нью -Йорк: Оксфордский университет. Нажимать. С. 344–349. ISBN 978-0-19-982823-4 .
- ^ Jump up to: а беременный Buzsáki, Györgyi (1989). «Двухэтапная модель формирования трассировки памяти: роль для« шумных »состояний мозга». Нейробиология . 31 (3): 551–570. doi : 10.1016/0306-4522 (89) 90423-5 . PMID 2687720 . S2CID 23957660 .
- ^ Jump up to: а беременный Logothetis, NK; О. Эшенко; Y. Murayama; М. Аугат; Т. Студель; HC Evard; М. Бессерв; A. Oeltermann (ноябрь 2012 г.). «Гиппокампа -кортикальное взаимодействие во время периодов подкоркового молчания». Природа . 491 (7425): 547–553. Bibcode : 2012natur.491..547L . doi : 10.1038/nature11618 . PMID 23172213 . S2CID 4416746 .
- ^ Jump up to: а беременный Жирардо, Габриель; Карим скамейн; Сидни, я винер; György Buzsáki; Михаэль б Зугаро (сентябрь 2009 г.). «Селективное подавление разжигания гиппокампа нарушает пространственную память». Nature Neuroscience . 12 (10): 1222–1223. doi : 10.1038/nn.2384 . PMID 19749750 . S2CID 23637142 .
- ^ Jump up to: а беременный Эго-Стангель, Валери; Мэтью А. Уилсон (январь 2010 г.). «Разрушение активности гиппокампа, ассоциированной с пульсами во время отдыха, нарушает пространственное обучение у крысы» (PDF) . Гиппокамп . 20 (1): 1–10. doi : 10.1002/hipo.20707 . HDL : 1721.1/70466 . PMC 2801761 . PMID 19816984 .
- ^ Бузсаки, Гёрги; Horvath Z; Urioste R; Hetke J; Мудрый К (15 мая 1992 г.). «Высокочастотные колебания сети в гиппокампе». Наука . 256 (5059): 1025–1027. Bibcode : 1992sci ... 256.1025b . doi : 10.1126/science.1589772 . PMID 1589772 .
- ^ Илен, Аарен; Анатол Брагин; Золтан Надасди; Габор Джандо; Имре Сезабо; Аттила Сик; Г. Бузсаки (январь 1995 г.). «Острые волновые высокочастотные колебания (200 Гц) в неповрежденном гиппокампе: сетевой и внутриклеточный механизм» . Журнал нейробиологии . 15 (1 пт 1): 30–46. doi : 10.1523/jneurosci.15-01-00030.1995 . PMC 6578299 . PMID 7823136 .
- ^ Jump up to: а беременный в Бузсаки, Гирги; Фернандо Лопес да Силваб (март 2012 г.). «Высокочастотные колебания в интактном мозге» . Прогресс в нейробиологии . 98 (3): 241–249. doi : 10.1016/j.pneurobio.2012.02.004 . PMC 4895831 . PMID 22449727 .
- ^ Сирота, Антон; Jozsef csicsvari; Дерек Буль; Györgyi Buzsáki (февраль 2003 г.). «Связь между неокортексом и гиппокампом во время сна у грызунов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (4): 2065–2069. Bibcode : 2003pnas..100.2065S . doi : 10.1073/pnas.0437938100 . PMC 149959 . PMID 12576550 .
- ^ Ван де Вен Г.М., Труш С., Макнамара К.Г., Аллен К., Дупрет Д. (7 декабря 2016 г.). «Консолидаты реактивации в автономном режиме гиппокампа недавно сформировали схемы сборки клеток во время резких волновых расколов» . Нейрон . 92 (5): 968–974. doi : 10.1016/j.neuron.2016.10.020 . PMC 5158132 . PMID 27840002 .
- ^ Kovacs KA, O'Neill J, Schoenenberger P, Penttonen M, Ranguel Guerrero DK, CSICSVARI J (19 ноября 2016 г.). «Оптогенетически блокирование острых волновых волновых событий во сне не мешает образованию стабильного пространственного представления в области CA1 гиппокампа» . Plos один . 11 (10): E0164675. BIBCODE : 2016PLOSO..1164675K . doi : 10.1371/journal.pone.0164675 . PMC 5070819 . PMID 27760158 .
- ^ Салливан, Дэвид; Jozsef csicsvari; Кенджи Мизузеки; Шон Монтгомери; Камран Диба; György Buzsáki (июнь 2011 г.). «Отношения между острыми волнами гиппокампа, рябью и быстрыми гаммами -колебаниями: влияние зубчатой и энторинальной корковой активности» . Нейробиология . 31 (23): 8605–8616. doi : 10.1523/jneurosci.0294-11.2011 . PMC 3134187 . PMID 21653864 .
- ^ Брагин А., Энгель Дж. М.Р., Уилсон К.Л., Фрид I, Матерн Г.В. (февраль 1999). «Высокочастотные колебания гиппокампа и энторинальной коры (100-500 Гц) в эпилептическом мозге человека и у крыс, обработанных каиновой кислотой, с хроническими припадками» . Эпилепсия . 40 (2): 127–37. doi : 10.1111/j.1528-1157.1999.tb02065.x . PMID 9952257 . S2CID 45089490 .
- ^ Келинг, Рудигер; Стейли Кевин (апрель 2011 г.). «Сетевые механизмы для быстрой активности волны в эпилептической ткани» . Исследование эпилепсии . 97 (3): 318–323. doi : 10.1016/j.eplepsyres.2011.03.006 . PMC 3152631 . PMID 21470826 .
- ^ Джейкобс, Дж.; П. Леван; CE Chatillon; А. Оливье; Ф. Дубо; Дж. Готман (март 2009 г.). «Высокочастотные колебания во внутричерепных ЭЭГ отмечают эпилептогенность, а не тип поражения» . Мозг . 132 (4): 1022–1037. doi : 10.1093/brain/awn351 . PMC 3792079 . PMID 19297507 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Buzsáki, György (2006). Ритмы мозга . Нью -Йорк: Оксфордский университет. Нажимать. С. 344–349. ISBN 978-0-19-982823-4 .
- Колгин, Лора Ли (апрель 2016 г.). «Ритмы сети гиппокампа» . Nature Reports Neuroscience . 17 (4): 239–249. doi : 10.1038/nrn.2016.21 . ISSN 1471-0048 . PMC 4890574 . PMID 26961163 .