Mot Kausal Kartlegging av Episodisk Minne iEEG-nettverk Gjennom Multimetode Hjernestimulering

Episodisk hukommelsessvikt oppstår når sykdommer påvirker hippocampus og dens nettverk av samvirkende hjerneområder. Bedre forståelse av hjernemekanismer for hukommelse er nødvendig for utvikling av behandlinger. Dette prosjektet vil utvikle eksperimentelle tilnærminger som bruker stimulering for å manipulere hjerne-atferd-forhold hos mennesker og dermed direkte teste hvordan hippocampus-nettverket støtter hukommelse. Intrakranielt elektroencefalografi (iEEG) gir muligheter til å studere den nevrale basisen for hukommelse med høy romlig og temporal oppløsning. Mange eksperimenter har identifisert iEEG-signaler assosiert med hukommelse, for eksempel ved å sammenligne tilfeller av hukommelsessuksess med fiasko. Imidlertid forblir den funksjonelle relevansen til disse signalene uklar, da slike sammenligninger kan identifisere signaler fra eksterne, samtidige, kognitive prosesser. En rutinemessig tilnærming for å håndtere denne begrensningen i atferdsnevrovitenskapen er via toveis-manipulasjoner, dvs. eksogen forsterkning eller hemming av den antatte nevrale prosessen og tester av tilsvarende forsterkning eller hemming av atferdsprestasjon. Denne tilnærmingen har vært underutnyttet i menneskelig iEEG-hukommelsesforskning, delvis på grunn av vanskeligheter med å påvirke hukommelse eller nevrale signaler pålitelig gitt nåværende tilgjengelige manipulasjoner, som direkte elektrisk stimulering (DES) gjennom iEEG-elektroder. Som en vei for å oppnå toveis-manipulasjonseksperimenter i menneskelig iEEG-hukommelsesforskning, bruker dette prosjektet et ikke-invasivt elektromagnetisk stimuleringsverktøy som påvirker hippocampus-nettverkaktivitet og hukommelsesytelse pålitelig og robust, kalt "hippocampus indirekte målrettet stimulering" (HITS). HITS vil bli brukt med iEEG for første gang for å identifisere aktivitetsmønstre av hippocampus-nettverket relatert til hukommelsesatferdsprestasjonsforbedring versus svekkelse. For å strengt teste for atferdsrelevans, vil vi bruke en lukket sløyfe maskinlæringstilnærming for å identifisere DES-parametere som reproduserer hippocampus-nettverks iEEG-aktivitetsmønstre generert av HITS, og deretter teste om levering av DES for å forsterke eller hemme disse hippocampus-nettverks iEEG-aktivitetsmønstrene produserer tilsvarende forsterkning versus svekkelse av hukommelsesatferdsprestasjon. Dermed vil toveis-manipulasjon bli brukt for å direkte/kausalt teste iEEG-signaler av hukommelsesatferd. Gruppenivå-modellering av DES-parametere som etterligner effektene av HITS vil bli brukt for å utvide tilgjengeligheten av toveis-manipulasjoner for fremtidig forskning som tester hukommelsesmekanismer i større iEEG-utvalg på tvers av flere steder som mangler den tekniske kapabiliteten for HITS. På tvers av tre steder, vil vi teste om toveis-manipulasjoner av hippocampus-nettverkaktivitetens involvering i hukommelsesytelse er mer vellykkede for HITS-informert DES versus DES basert på a priori hypoteser. Dette utforskende prosjektet vil dermed bygge et grunnlag for fremtidige studier for å strengt teste hippocampus-nettverkstøtte av hukommelsesatferdsprestasjon ved bruk av toveis eksperimentelle manipulasjoner og vil etablere et samarbeid av tverrfaglige forskere på tvers av flere institusjoner for å utføre denne innovative mekanistiske hukommelsesforskningen.