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Dispositif spécial d'enregistrement de « micro-réseau » d'utilisation de chercheurs pour mesurer l'activité de hippocampe

Les chercheurs chez Uc San Francisco ont observé une caractéristique neuve d'activité neurale dans le hippocampe - le moyeu de la mémoire du cerveau - qui peut expliquer comment cette région du cerveau indispensable combine un éventail varié d'entrées dans les souvenirs multicouche qui peuvent plus tard être indiqués.

Utilisant un dispositif spécial d'enregistrement de « micro-réseau » développé par des collègues au laboratoire national de Lawrence Livermore (LLNL), les chercheurs d'UCSF pouvaient mesurer l'activité de hippocampe dans les participants à l'étude subissant la chirurgie pour traiter l'épilepsie sévère.

Ils ont découvert que les ondes cérébrales se déplacent dans les deux sens en travers de cette structure, intégrant des messages de différentes régions du cerveau, et montré pour la première fois quels scientifiques précédemment avaient seulement pu présumer.

Les « enregistrements de cerveau sont une part importante de chirurgie de guidage d'épilepsie, » a dit Edouard Chang, DM, PhD, présidence du service de la chirurgie neurologique et l'auteur supérieur sur l'étude, qui apparaît 12 mai dans des transmissions de nature. « La technologie à haute densité neuve de réseau d'électrode utilisée ici nous a permise de voir une propriété nouvelle de l'activité hippocampal qui était précédemment inconnue. »

Chang se spécialise en traitant l'épilepsie avec la chirurgie cérébrale, pendant laquelle le hippocampe, une longue structure profondément le cerveau dans un endroit appelé le lobe temporal, est exposé et parfois entièrement ou partiellement retiré. Le hippocampe peut être une source des grippages pour des gens avec l'épilepsie et est l'une des premières régions du cerveau affectées dans la maladie d'Alzheimer.

Les études précédentes avaient proposé que les ondes de l'activité dans le hippocampe se déplacent seulement dans un sens : de la partie terminale, qui code la majeure partie d'informations sur la localisation physique, au front, qui code la plupart d'information émotive.

À Jon Kleen, DM, PhD, auteur important sur l'étude et professeur adjoint de la neurologie dans l'institut de Weill pour des neurologies, cette course à voie unique n'était pas suffisante pour expliquer comment cette petite région du cerveau parvient à joindre les types multiples d'information pour former une mémoire.

Imaginez comme exemple, dit-il, que vous avez détruit vos clavettes dans le Times Square.

Vous rappelez le spatial « où » l'aspect - Times Square - mais vous rappellent également la sensation émotive 'ACK, j'avez détruit mes clavettes !. »

Jon Kleen, DM, PhD, auteur important d'étude et professeur adjoint, neurologie, institut de Weill pour des neurologies

Pour traiter une mémoire, Kleen a noté, là doit être une certaine voie d'intégrer beaucoup de parties d'une mémoire ensemble. Pour accomplir ceci, il a conjecturé, il semblerait raisonnable pour le cerveau salue la course par l'intermédiaire des routes multiples aux informations sur le processus.

Le choix d'électrode personnalisé donne l'avis bidimensionnel des ondes cérébrales

Dans un effort pour vérifier ces hypothèse, Chang et Kleen partnered avec Razi Haque, fil implantable de groupe de microsystèmes au LLNL, pour développer un dispositif qui pourrait donner une haute définition, illustration bidimensionnelle d'activité neurale. Haque a aidé à produire un dispositif plus petit qu'un dixième de dollar, contenant 32 électrodes a espacé 2 millimètres à part dans un polymère flexible qui pourrait être conforme à la forme du hippocampe.

Pendant la chirurgie, Chang a doucement étendu le choix d'électrode directement sur les hippocampe de six patients chirurgicaux différents pour surveiller l'activité électrique tandis que les patients posaient. Utilisant des algorithmes tels que l'apprentissage automatique pour analyser les caractéristiques, l'équipe a trouvé qui non seulement course les deux d'ondes cérébrales à travers le hippocampe, mais qui les sens qu'ils déménagent peuvent être prévus.

L'équipe a également constaté que parfois, les ondes de deux fréquences différentes seraient présentes immédiatement, déménageant l'information différente différente de sens et de transporter potentiellement. La conclusion prête l'analyse neuve dans la façon dont le hippocampe peut intégrer l'information venant des endroits multiples de cerveau dans des souvenirs détaillés.

Modifications de sens d'onde avec l'activité cognitive

Deux des patients étaient éveillés et agissants l'un sur l'autre pendant la chirurgie. Kleen pouvait leur montrer des photos des objectifs courants, tels qu'un crabot, et leur demande pour indiquer le mot pour lui. Les caractéristiques d'électrode ont prouvé que tandis qu'un patient indiquait le mot, les cycles de l'activité se sont chronique déplacés de derrière du hippocampe vers l'avant.

Des secondes plus tard, les cycles de l'activité ont changé, se déplaçant dans le sens inverse. « Le sens de la course d'onde peut être un biomarqueur réfléchissant le processus cognitif que le patient est engagé dedans à ce moment, » Kleen a dit.

Ces premières observations sont juste le sommet de l'iceberg, il a dit. Les prochaines opérations sont d'effectuer des observations avec un ensemble d'électrodes encore plus de haute résolution et d'observer l'activité neuronale dans les patients effectuant des tâches cognitives plus complexes. Éventuel, il espère que l'information obtenue pourrait mener aux demandes de règlement utilisant la stimulation profonde de cerveau pour améliorer les traitements de neurostimulator qui montrent le grand succès dans l'épilepsie.

« L'objectif de cette recherche est d'accélérer notre compréhension de la façon dont le hippocampe fonctionne, de sorte que nous puissions adresser les dégâts à eux que nous voyons dans les patients présentant l'épilepsie et la maladie d'Alzheimer, » Kleen a dit. « Si nous constatons que, dans quelques patients, les ondes ne se déplacent pas de la voie correcte, nous pouvons concevoir des configurations plus sophistiquées de stimulation qui peuvent être plus efficaces à éviter des grippages ou à remettre la cognition. »

Source:
Journal reference:

Kleen, J. K., et al. (2021) Bidirectional propagation of low frequency oscillations over the human hippocampal surface. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-021-22850-5.