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Dispositivo di registrazione speciale “di micro-griglia„ di uso dei ricercatori per misurare attività dell'ippocampo

I ricercatori a Uc San Francisco hanno osservato una nuova funzionalità di attività neurale nell'ippocampo - il hub della memoria del cervello - che può spiegare come questa regione vitale del cervello combina una diversa gamma di input nell'memorie a più strati che possono più successivamente essere richiamate.

Facendo uso di un dispositivo di registrazione speciale “di micro-griglia„ sviluppato dai colleghi al laboratorio nazionale di Lawrence Livermore (LLNL), i ricercatori di UCSF potevano misurare l'attività dell'ippocampo nei partecipanti di studio che subiscono la chirurgia per trattare l'epilessia severa.

Hanno scoperto che le onde cerebrali viaggiano avanti e indietro attraverso questa struttura, integrante i messaggi dalle aree differenti del cervello ed indicato per la prima volta che scienziati precedentemente avevano potuti soltanto supporre.

“Le registrazioni del cervello sono una parte importante di ambulatorio guidante dell'epilessia,„ ha detto Edward Chang, MD, PhD, presidenza del dipartimento di ambulatorio neurologico e l'autore senior sullo studio, che compare 12 maggio nelle comunicazioni della natura. “La nuova tecnologia ad alta densità di griglia dell'elettrodo usata qui ha permesso che noi vedessimo i beni novelli di attività hippocampal che era precedentemente sconosciuta.„

Chang si specializza nel trattamento dell'epilessia con la neurochirurgia, durante cui l'ippocampo, una struttura lunga in profondità il cervello all'interno di un'area chiamata il lobo temporale, è esposto ed a volte completamente o parzialmente è eliminato. L'ippocampo può essere una sorgente degli attacchi per la gente con l'epilessia ed è una delle prime regioni del cervello influenzate nel morbo di Alzheimer.

Gli studi precedenti avevano suggerito che le onde di attività nell'ippocampo viaggiassero soltanto in una direzione: dal back end, che codifica la maggior parte delle informazioni su ubicazione fisica, alla parte anteriore, che codifica la maggior parte delle informazioni emozionali.

A Jon Kleen, MD, PhD, autore principale sullo studio e assistente universitario della neurologia nell'istituto di Weill per le neuroscienze, questo viaggio unidirezionale non era sufficiente per spiegare come questa piccola regione del cervello riesce a collegare i tipi multipli di informazioni per formare una memoria.

Come esempio, disse, immagini che abbiate perso il vostro digitiate il Times Square.

Ricordate lo spaziale “dove„ l'aspetto - Times Square - ma voi egualmente ricorda la sensibilità emozionale 'Ack, avete perso i miei tasti!.„

Jon Kleen, MD, PhD, autore principale di studio e assistente universitario, neurologia, istituto di Weill per le neuroscienze

Per elaborare una memoria, Kleen ha notato, là deve essere un certo modo integrare insieme molte parti di una memoria. Per compire questo, ha congetturato, avrebbe significato affinchè le onde cerebrali viaggi tramite itinerari multipli ad informazioni trattate.

Lo stendimento elettrodico su misura dà il parere bidimensionale delle onde cerebrali

In uno sforzo per provare questi ipotesi, Chang e Kleen partnered con Razi Haque, cavo impiantabile del gruppo di microsistemi al LLNL, per sviluppare un'unità che potrebbe dare una maschera ad alta definizione e bidimensionale di attività neurale. Haque ha contribuito a creare un'unità più piccola di una moneta da dieci centesimi di dollaro, contenente 32 elettrodi ha spaziato 2 millimetri a parte in un polimero flessibile che potrebbe conformarsi alla forma dell'ippocampo.

Durante la chirurgia, Chang ha steso delicatamente lo stendimento elettrodico direttamente sugli ippocampi di sei pazienti chirurgici differenti per riflettere l'attività elettrica mentre i pazienti riposavano. Facendo uso degli algoritmi quale l'apprendimento automatico per analizzare i dati, il gruppo ha trovato che non solo fanno viaggio entrambi delle onde cerebrali su e giù l'ippocampo, ma che le direzioni che si muovono possono essere prevedute.

Il gruppo egualmente ha trovato che a volte, le onde di due frequenze differenti sarebbero state presenti immediatamente, muovendosi nelle informazioni differenti differenti di trasporto potenzialmente e delle direzioni. L'individuazione presta la nuova comprensione in come l'ippocampo può integrare le informazioni che vengono dalle aree multiple del cervello nelle memorie dettagliate.

Cambiamenti di direzione di Wave con attività conoscitiva

Due dei pazienti erano svegli ed interagenti durante la chirurgia. Kleen poteva mostrare loro le foto degli oggetti comuni, quale un cane e chiede loro per richiamare la parola per. I dati dell'elettrodo hanno indicato che mentre un paziente stava richiamando la parola, i cicli di attività hanno viaggiato coerente dal retro dell'ippocampo verso la parte anteriore.

Secondi dopo, i cicli di attività sono cambiato, viaggiando nella direzione opposta. “La direzione del viaggio dell'onda può essere un biomarcatore che riflette il processo che conoscitivo il paziente è impegnato dentro a quel momento,„ Kleen ha detto.

Queste osservazioni iniziali sono appena la punta dell'iceberg, ha detto. I punti seguenti sono di fare le osservazioni con un insieme degli elettrodi ancora più di alta risoluzione e di osservare l'attività di un neurone in pazienti che eseguono le mansioni conoscitive più complesse. Infine, spera che le informazioni ottenute potrebbero piombo ai trattamenti facendo uso di stimolo profondo del cervello per migliorare le terapie di neurostimulator che stanno mostrando il grande successo nell'epilessia.

“Lo scopo di questa ricerca è di accelerare la nostra comprensione di come l'ippocampo funziona, di modo che possiamo indirizzare il danneggiamento che vediamo in pazienti con l'epilessia ed il morbo di Alzheimer,„ Kleen ha detto. “Se troviamo che, in alcuni pazienti, le onde non viaggiano nel modo adeguato, possiamo progettare i reticoli più specializzati di stimolo che possono essere più efficaci all'impedire gli attacchi o a riparare la cognizione.„

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.