W kierunku przyczynowego mapowania sieci pamięci epizodycznej iEEG poprzez wielometodową stymulację mózgu

Zaburzenia pamięci epizodycznej występują, gdy choroby wpływają na hipokamp i jego sieć oddziałujących ze sobą obszarów mózgu. Lepsze zrozumienie mechanizmów mózgowych odpowiedzialnych za pamięć jest niezbędne do opracowania metod leczenia. Ten projekt rozwinie podejścia eksperymentalne wykorzystujące stymulację do manipulowania relacjami mózg-zachowanie u ludzi, a tym samym bezpośredniego testowania, jak sieć hipokampa wspiera pamięć. Wewnątrzczaszkowa elektroencefalografia (iEEG) stwarza możliwości badania neuronalnych podstaw pamięci z wysoką rozdzielczością przestrzenną i czasową. Wiele eksperymentów zidentyfikowało sygnały iEEG związane z pamięcią, na przykład poprzez porównanie przypadków sukcesu pamięci z porażką. Jednak funkcjonalne znaczenie tych sygnałów pozostaje niejasne, ponieważ takie porównania mogą identyfikować sygnały zewnętrznych, współwystępujących procesów poznawczych. Rutynowym podejściem do rozwiązania tego ograniczenia w neuronaukach behawioralnych są manipulacje dwukierunkowe, tj. egzogenne wzmocnienie lub hamowanie domniemanego procesu neuronalnego oraz testy odpowiedniego wzmocnienia lub zahamowania wydajności behawioralnej. To podejście było niedostatecznie wykorzystywane w badaniach pamięci z użyciem iEEG u ludzi, częściowo z powodu trudności w niezawodnym wpływaniu na pamięć lub sygnały neuronalne przy obecnie dostępnych manipulacjach, takich jak bezpośrednia stymulacja elektryczna (DES) przez elektrody iEEG. Jako droga do osiągnięcia eksperymentów z manipulacją dwukierunkową w badaniach pamięci z użyciem iEEG u ludzi, ten projekt wykorzystuje nieinwazyjne narzędzie stymulacji elektromagnetycznej, które niezawodnie i skutecznie wpływa na aktywność sieci hipokampa i wydajność pamięci, zwane "hippocampal indirectly targeted stimulation" (HITS). HITS zostanie po raz pierwszy użyte wraz z iEEG do zidentyfikowania wzorców aktywności sieci hipokampa związanych z poprawą versus upośledzeniem wydajności behawioralnej pamięci. Aby rygorystycznie przetestować znaczenie behawioralne, wykorzystamy podejście uczenia maszynowego w pętli zamkniętej do zidentyfikowania parametrów DES, które odtwarzają wzorce aktywności iEEG sieci hipokampa generowane przez HITS, a następnie przetestujemy, czy dostarczenie DES w celu wzmocnienia lub zahamowania tych wzorców aktywności iEEG sieci hipokampa powoduje odpowiednią poprawę versus upośledzenie wydajności behawioralnej pamięci. Zatem manipulacja dwukierunkowa zostanie użyta do bezpośredniego/przyczynowego testowania sygnałów iEEG zachowania pamięci. Modelowanie na poziomie grupy parametrów DES, które naśladują efekty HITS, zostanie wykorzystane do zwiększenia dostępności manipulacji dwukierunkowych dla przyszłych badań testujących mechanizmy pamięci w większych próbkach iEEG w wielu ośrodkach, które nie posiadają technicznych możliwości dla HITS. W trzech ośrodkach przetestujemy, czy manipulacje dwukierunkowe zaangażowania aktywności sieci hipokampa w wydajność pamięci są bardziej skuteczne dla DES opartego na informacjach z HITS versus DES opartego na założeniach a priori. Ten eksploracyjny projekt stworzy zatem podstawę dla przyszłych badań rygorystycznie testujących wsparcie sieci hipokampa dla wydajności behawioralnej pamięci przy użyciu dwukierunkowych manipulacji eksperymentalnych oraz ustanowi współpracę multidyscyplinarnych badaczy z wielu instytucji w celu przeprowadzenia tych innowacyjnych badań mechanizmów pamięci.