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Os pesquisadores usam o dispositivo especial da gravação da “micro-grade” para medir a actividade do hipocampo

Os pesquisadores em Uc San Francisco observaram uma característica nova da actividade neural no hipocampo - o cubo da memória do cérebro - que pode explicar como esta região vital do cérebro combina uma escala diversa das entradas no as memórias multi-mergulhadas que podem mais tarde ser recordadas.

Usando um dispositivo especial da gravação da “micro-grade” desenvolvido por colegas no laboratório nacional de Lawrence Livermore (LLNL), os pesquisadores de UCSF podiam medir a actividade do hipocampo nos participantes do estudo que submetem-se à cirurgia para tratar a epilepsia severa.

Descobriram que as ondas de cérebro viajam para a frente e para trás através desta estrutura, integrando mensagens das áreas diferentes do cérebro, e mostrado pela primeira vez que cientistas tinham podido previamente somente supr.

Do “as gravações cérebro são uma parte importante de cirurgia de guiamento da epilepsia,” disse Edward Chang, DM, PhD, cadeira do departamento da cirurgia neurológica e autor superior no estudo, que aparece o 12 de maio em comunicações da natureza. “A tecnologia high-density nova da grade do eléctrodo usada aqui permitiu que nós considerassem uma propriedade nova da actividade hippocampal que era previamente desconhecida.”

Chang especializa-se em tratar a epilepsia com a cirurgia de cérebro, durante que o hipocampo, uma estrutura longa profundamente o cérebro dentro de uma área chamada o lóbulo temporal, é expor e às vezes inteiramente ou removido parcialmente. O hipocampo pode ser uma fonte de apreensões para povos com epilepsia e é uma das primeiras regiões do cérebro afetadas na doença de Alzheimer.

Os estudos precedentes tinham sugerido que as ondas da actividade no hipocampo viajassem somente em um sentido: do back-end, que codifica a maioria da informação sobre a localização física, à parte dianteira, que codifica a maioria de informação emocional.

A Jon Kleen, DM, PhD, autor principal no estudo e professor adjunto da neurologia no instituto de Weill para neurociência, este curso de sentido único não era suficiente para explicar como esta região pequena do cérebro controla ligar tipos múltiplos de informação para formar uma memória.

Como um exemplo imagine, disse ele, que você perdeu suas chaves no Times Square.

Você recorda o espacial “onde” o aspecto - Times Square - mas você igualmente recorda o sentimento emocional 'Ack, eu perdeu minhas chaves!.”

Jon Kleen, DM, PhD, autor principal do estudo e professor adjunto, neurologia, instituto de Weill para neurociência

Para processar uma memória, Kleen notou, lá deve ser alguma maneira de integrar junto muitas partes de uma memória. Para realizar este, surmised, ele faria o sentido para que as ondas de cérebro viajem através das rotas múltiplas à informação de processo.

A disposição de eléctrodo personalizada dá a vista bidimensional de ondas de cérebro

Em um esforço para testar estes hipótese, Chang e Kleen partnered com Razi Haque, chumbo Implantable do grupo dos microsistemas no LLNL, para desenvolver um dispositivo que poderia dar uma imagem de alta resolução, bidimensional da actividade neural. Haque ajudou a criar um dispositivo menor do que uma moeda de dez centavos, contendo 32 eléctrodos espaçou 2 milímetros distante em um polímero flexível que poderia se conformar à forma do hipocampo.

Durante a cirurgia, Chang colocou delicadamente a disposição de eléctrodo directamente nos hipocampo de seis pacientes cirúrgicos diferentes para monitorar a actividade elétrica quando os pacientes descansaram. Usando algoritmos tais como a aprendizagem de máquina analisar os dados, a equipe encontrou que fazem não somente o curso ambos das ondas de cérebro para cima e para baixo o hipocampo, mas que os sentidos que se movem podem ser previstos.

A equipe igualmente encontrou que às vezes, as ondas de duas freqüências diferentes estam presente imediatamente, se movendo na informação diferente diferente dos sentidos e potencial levar. Encontrar empresta a introspecção nova em como o hipocampo pode integrar a informação que vem das áreas múltiplas do cérebro em memórias detalhadas.

Mudanças de sentido da onda com actividade cognitiva

Dois dos pacientes eram acordados e interagindo durante a cirurgia. Kleen podia mostrar-lhes fotos de objetos comuns, tais como um cão, e pede-os para recordar a palavra para ele. Os dados do eléctrodo mostraram que quando um paciente recordava a palavra, os ciclos da actividade viajaram consistentemente da parte de trás do hipocampo para a frente.

Segundos depois, os ciclos da actividade mudaram, viajando no sentido oposto. “O sentido do curso da onda pode ser um biomarker que reflete o processo que cognitivo o paciente é contratado dentro nesse momento,” Kleen disse.

Estas observações iniciais são apenas a ponta do iceberg, disse. Os passos seguintes são fazer observações com um grupo mesmo mais de alta resolução de eléctrodos e observar a actividade neuronal nos pacientes que executam umas tarefas cognitivas mais complexas. Finalmente, espera que a informação ganhada poderia conduzir aos tratamentos usando a estimulação profunda do cérebro para aumentar as terapias do neurostimulator que estão mostrando o grande sucesso na epilepsia.

“O objetivo desta pesquisa é acelerar nossa compreensão de como o hipocampo funciona, de modo que nós possamos endereçar o dano a ele que nós vemos nos pacientes com epilepsia e doença de Alzheimer,” Kleen disse. “Se nós encontramos que, em alguns pacientes, as ondas não viajam na maneira apropriada, nós podemos projectar uns testes padrões mais sofisticados da estimulação que possam ser mais eficazes em impedir apreensões ou em restaurar a cognição.”

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.