Mod Kausal Kortlægning af Episodisk Hukommelse iEEG-netværk Via Multi-metode Hjerne Stimulering

Episodisk hukommelsessvigt opstår, når sygdomme påvirker hippocampus og dets netværk af interagerende hjerneområder. Bedre forståelse af hjernens mekanismer for hukommelse er nødvendig for at udvikle behandlinger. Dette projekt vil udvikle eksperimentelle tilgange, der bruger stimulering til at manipulere hjerne-adfærdsrelationer hos mennesker og dermed direkte teste, hvordan hippocampus-netværket understøtter hukommelsen. Intrakraniel elektroencefalografi (iEEG) giver muligheder for at studere hukommelsens neurale grundlag med høj rumlig og tidsmæssig opløsning. Mange eksperimenter har identificeret iEEG-signaler forbundet med hukommelse, for eksempel ved at sammenligne tilfælde af hukommelsessucces med fiasko. Den funktionelle relevans af disse signaler forbliver dog uklar, da sådanne sammenligninger kan identificere signaler fra eksterne, samtidigt forekommende kognitive processer. En rutinemæssig tilgang til at adressere denne begrænsning i den adfærdsmæssige neurovidenskab er via tovejsmanipulationer, dvs. eksogen forbedring eller hæmning af den formodede neurale proces og test af tilsvarende forbedring eller hæmning af adfærdspræstation. Denne tilgang har været underudnyttet i human iEEG-hukommelsesforskning, delvis på grund af vanskeligheder med pålideligt at påvirke hukommelse eller neurale signaler med de nuværende tilgængelige manipulationer, såsom direkte elektrisk stimulering (DES) gennem iEEG-elektroder. Som en vej til at opnå tovejsmanipulationseksperimenter i human iEEG-hukommelsesforskning anvender dette projekt et ikke-invasivt elektromagnetisk stimuleringsværktøj, der pålideligt og robust påvirker hippocampus-netværksaktivitet og hukommelsespræstation, kaldet "hippocampus indirekte målrettet stimulering" (HITS). HITS vil for første gang blive brugt med iEEG til at identificere aktivitetsmønstre i hippocampus-netværket relateret til forbedring versus forringelse af hukommelsesadfærdspræstation. For strengt at teste for adfærdsmæssig relevans vil vi bruge en lukket-sløjfe maskinlæringstilgang til at identificere DES-parametre, der reproducerer hippocampus-netværkets iEEG-aktivitetsmønstre genereret af HITS, og derefter teste, om levering af DES for at forbedre eller hæmme disse hippocampus-netværkets iEEG-aktivitetsmønstre producerer tilsvarende forbedring versus forringelse af hukommelsesadfærdspræstation. Således vil tovejsmanipulation blive brugt til direkte/kausal test af iEEG-signaler for hukommelsesadfærd. Gruppeniveau-modellering af DES-parametre, der efterligner effekterne af HITS, vil blive brugt til at udvide adgangen til tovejsmanipulationer for fremtidig forskning, der tester hukommelsesmekanismer i større iEEG-prøver på tværs af flere steder, der mangler den tekniske kapacitet til HITS. På tværs af tre steder vil vi teste, om tovejsmanipulationer af hippocampus-netværksaktivitetsinvolvering i hukommelsespræstation er mere succesfulde for HITS-informeret DES versus DES baseret på a priori hypoteser. Dette eksplorative projekt vil således lægge grundlag for fremtidige studier til strengt at teste hippocampus-netværkets understøttelse af hukommelsesadfærdspræstation ved hjælp af tovejs eksperimentelle manipulationer og vil etablere et samarbejde af tværfaglige forskere på tværs af flere institutioner for at udføre denne innovative mekanistiske hukommelsesforskning.