Mot kausal kartläggning av episodiska minnes iEEG-nätverk via flermetodig hjärnstimulering

Episodisk minnesnedsättning uppstår när sjukdomar påverkar hippocampus och dess nätverk av interagerande hjärnområden. Bättre förståelse av hjärnmekanismer för minne krävs för att utveckla behandlingar. Detta projekt kommer att utveckla experimentella tillvägagångssätt som använder stimulering för att manipulera relationer mellan hjärnan och beteende hos människor och därigenom direkt testa hur hippocampusnätverket stöder minnet. Intrakraniell elektroencefalografi (iEEG) ger möjligheter att studera minnets neurala grund med hög rumslig och tidsmässig upplösning. Många experiment har identifierat iEEG-signaler associerade med minne, till exempel genom att jämföra fall av minnessuccé med misslyckande. Den funktionella relevansen av dessa signaler förblir dock oklar, eftersom sådana jämförelser kan identifiera signaler från extranea, samtidigt förekommande, kognitiva processer. Ett rutinmässigt tillvägagångssätt för att hantera denna begränsning i beteendeneurovetenskaperna är via dubbelriktade manipulationer, d.v.s. exogen förstärkning eller inhibering av den förmodade neurala processen och tester av motsvarande förstärkning eller inhibering av beteendeprestation. Detta tillvägagångssätt har varit underutnyttjat i forskning om mänskligt iEEG-minne, delvis på grund av svårigheter att påverka minnet eller neurala signaler tillförlitligt med de för närvarande tillgängliga manipulationerna, såsom direkt elektrisk stimulering (DES) genom iEEG-elektroder. Som en väg för att uppnå dubbelriktade manipulationsexperiment i forskning om mänskligt iEEG-minne använder detta projekt ett icke-invasivt elektromagnetiskt stimuleringsverktyg som påverkar hippocampusnätverkets aktivitet och minnesprestation tillförlitligt och robust, kallat "hippocampus indirekt riktad stimulering" (HITS). HITS kommer att användas med iEEG för första gången för att identifiera aktivitetsmönster i hippocampusnätverket relaterade till förbättring respektive försämring av minnesbeteendeprestation. För att rigoröst testa för beteenderelevans kommer vi att använda ett slutet maskininlärningsförhållningssätt för att identifiera DES-parametrar som reproducerar hippocampusnätverkets iEEG-aktivitetsmönster genererade av HITS, och sedan testa om leverans av DES för att förstärka eller inhibera dessa hippocampusnätverks iEEG-aktivitetsmönster producerar motsvarande förbättring respektive försämring av minnesbeteendeprestation. Således kommer dubbelriktad manipulation att användas för att direkt/kausalt testa iEEG-signaler av minnesbeteende. Gruppnivåmodellering av DES-parametrar som härmar effekterna av HITS kommer att användas för att bredda tillgängligheten av dubbelriktade manipulationer för framtida forskning som testar minnesmekanismer i större iEEG-prover över flera platser som saknar den tekniska kapaciteten för HITS. Över tre platser kommer vi att testa om dubbelriktade manipulationer av hippocampusnätverkets aktivitetsinvolvering i minnesprestation är mer framgångsrika för HITS-informerad DES jämfört med DES baserad på a priori hypoteser. Detta utforskande projekt kommer således att bygga en grund för framtida studier för att rigoröst testa hippocampusnätverkets stöd av minnesbeteendeprestation med dubbelriktade experimentella manipulationer och kommer att etablera ett samarbete av multidisciplinära forskare över flera institutioner för att utföra denna innovativa mekanistiska minnesforskning.