Verso una Mappatura Causale delle Reti di Memoria Episodica iEEG Tramite Stimolazione Cerebrale Multi-metodo

Il deterioramento della memoria episodica si verifica quando le malattie colpiscono l'ippocampo e la sua rete di aree cerebrali interagenti. Una migliore comprensione dei meccanismi cerebrali della memoria è necessaria per sviluppare trattamenti. Questo progetto svilupperà approcci sperimentali che utilizzano la stimolazione per manipolare le relazioni cervello-comportamento negli esseri umani e testare direttamente come la rete ippocampale supporta la memoria. L'elettroencefalografia intracranica (iEEG) offre opportunità per studiare le basi neurali della memoria con alta risoluzione spaziale e temporale. Molti esperimenti hanno identificato segnali iEEG associati alla memoria, ad esempio confrontando casi di successo della memoria con fallimenti. Tuttavia, la rilevanza funzionale di questi segnali rimane poco chiara, poiché tali confronti possono identificare segnali di processi cognitivi estranei e concomitanti. Un approccio di routine per affrontare questa limitazione nelle neuroscienze comportamentali è attraverso manipolazioni bidirezionali, ovvero potenziamento o inibizione esogena del presunto processo neurale e test del corrispondente potenziamento o inibizione della prestazione comportamentale. Questo approccio è stato sottoutilizzato nella ricerca sulla memoria iEEG umana, in parte a causa delle difficoltà nell'influenzare in modo affidabile la memoria o i segnali neurali date le manipolazioni attualmente disponibili, come la stimolazione elettrica diretta (DES) attraverso gli elettrodi iEEG. Come percorso per realizzare esperimenti di manipolazione bidirezionale nella ricerca sulla memoria iEEG umana, questo progetto utilizza uno strumento di stimolazione elettromagnetica non invasivo che influenza in modo affidabile e robusto l'attività della rete ippocampale e le prestazioni della memoria, chiamato "stimolazione indirettamente mirata all'ippocampo" (HITS). HITS sarà utilizzato con iEEG per la prima volta per identificare i modelli di attività della rete ippocampale relativi al potenziamento rispetto al deterioramento delle prestazioni comportamentali della memoria. Per testare rigorosamente la rilevanza comportamentale, utilizzeremo un approccio di apprendimento automatico a ciclo chiuso per identificare i parametri DES che riproducono i modelli di attività iEEG della rete ippocampale generati da HITS, e poi testeremo se la somministrazione di DES per potenziare o inibire questi modelli di attività iEEG della rete ippocampale produce un corrispondente potenziamento rispetto al deterioramento delle prestazioni comportamentali della memoria. Pertanto, la manipolazione bidirezionale sarà utilizzata per testare direttamente/causalmente i segnali iEEG del comportamento della memoria. La modellizzazione a livello di gruppo dei parametri DES che imitano gli effetti di HITS sarà utilizzata per ampliare l'accessibilità delle manipolazioni bidirezionali per future ricerche che testano i meccanismi della memoria in campioni iEEG più grandi in più siti che non hanno la capacità tecnica per HITS. In tre siti, testeremo se le manipolazioni bidirezionali del coinvolgimento dell'attività della rete ippocampale nelle prestazioni della memoria sono più efficaci per il DES informato da HITS rispetto al DES basato su ipotesi a priori. Questo progetto esplorativo getterà quindi le basi per futuri studi per testare rigorosamente il supporto della rete ippocampale alle prestazioni comportamentali della memoria utilizzando manipolazioni sperimentali bidirezionali e stabilirà una collaborazione di ricercatori multidisciplinari in più istituzioni per condurre questa innovativa ricerca meccanicistica sulla memoria.