stringtranslate.com

Высокочастотные колебания

Пример высокочастотного всплеска колебаний, зарегистрированного в мозге .

Высокочастотные колебания (HFO) — это мозговые волны с частотой выше ~80 Гц , генерируемые популяцией нейронных клеток. Высокочастотные колебания могут быть зарегистрированы во время электроэнцефалограммы (ЭЭГ), локального потенциала поля (LFP) или электрокортикограммы (ЭКоГ) электрофизиологических записей. Они присутствуют в физиологическом состоянии во время острых волн и ряби — колебательных паттернов, участвующих в процессах консолидации памяти . [1] HFO связаны с патофизиологией мозга, такой как эпилептический припадок [2] , и часто регистрируются во время начала припадка. Это делает их многообещающим биомаркером для идентификации эпилептогенной зоны. [3] [4] Другие исследования указывают на роль HFO в психиатрических расстройствах и возможные последствия для психотических эпизодов при шизофрении . [5] [6] [7]

Предыстория и история

Традиционная классификация диапазонов частот, которые связаны с различными функциями/состояниями мозга и состоят из диапазонов дельта , тета , альфа , бета и гамма . Из-за ограниченных возможностей ранней экспериментальной/медицинской установки для записи быстрых частот, по историческим причинам, все колебания выше 30 Гц считались высокочастотными и их было трудно исследовать. [1] Недавние достижения в производстве электрофизиологических установок позволяют регистрировать электрический потенциал с высоким временным и пространственным разрешением и «улавливать» динамику потенциала действия отдельной клетки . В номенклатуре нейронауки все еще существует большой разрыв между ~100 Гц и многоблочной активностью (>500 Гц), поэтому эти колебания часто называют высокой гамма или HFO.

Нейрофизиологические особенности

HFO генерируются различными клеточными механизмами и могут быть обнаружены во многих областях мозга. [8] [9] В гиппокампе эта быстрая нейронная активность является результатом синхронного всплеска популяции пирамидальных клеток в области CA3 и дендритного слоя CA1 , которые приводят к характерному паттерну колебаний (подробнее см. в разделе острые волны и рябь ). [10] Возникновение HFO во время задачи памяти (кодирование и воспроизведение изображений) также было зарегистрировано у пациентов-людей по внутричерепным записям в первичных зрительных , лимбических и более высоких порядков корковых областях . [11] Другой пример физиологического HFO около 300 Гц был обнаружен в субталамическом ядре , [12] области мозга, которая является основной целью для высокочастотной (130 Гц) глубокой стимуляции мозга у пациентов с болезнью Паркинсона .  

Соматосенсорные вызванные высокочастотные колебания

Записи ЭКоГ соматосенсорной коры головного мозга человека показали наличие HFO (достигая даже 600 Гц) во время сенсорных вызванных потенциалов и соматосенсорного вызванного магнитного поля после стимуляции срединного нерва . [13] Эти всплески активности генерируются таламокортикальной петлей и управляются высокосинхронизированными спайками таламокортикальных волокон и, как полагают, играют роль в обработке информации. [14] Изменения амплитуды соматосенсорно вызванного HFO могут потенциально использоваться в качестве биомаркера неврологических расстройств, что может помочь в диагностике в определенных клинических контекстах. Некоторые онкологические пациенты с опухолями головного мозга показали более высокую амплитуду HFO на той же стороне, где была опухоль. Авторы этого исследования также предполагают вклад таламокортикальных путей в быстрые колебания. [15] Интересно, что более высокие амплитуды HFO (между 400 и 800 Гц) после стимуляции нерва также были зарегистрированы в сигнале ЭЭГ здоровых игроков в футбол и ракеточные виды спорта . [16]

Патологический HFO

Существует множество исследований, в которых описываются патофизиологические типы HFO у пациентов и животных моделей заболеваний, которые связаны с различными психиатрическими или неврологическими расстройствами:

Гипофункция рецептора NMDA HFO

Реконструкция плотности источника тока (выполненная с помощью метода kCSD, [24] красные и синие точки) примера всплеска HFO, зарегистрированного (6-канальная установка — зеленые точки) из мозга крысы (серые точки).

Растет число исследований, указывающих на то, что ритмы HFO (130–180 Гц) могут возникать из-за локальной блокады рецепторов NMDA, [25] [26] [27] [28], что также является фармакологической моделью шизофрении. [26] Эти быстрые колебания, зависящие от рецепторов NMDA, были обнаружены в различных областях мозга, включая гиппокамп , [29] прилежащее ядро ​​[6] и области префронтальной коры . [30] Несмотря на то, что этот тип HFO еще не был подтвержден у пациентов-людей, было показано, что антипсихотические препараты второго поколения , широко используемые для лечения шизофрении и шизоаффективных расстройств (т. е. клозапин , рисперидон ), снижают частоту HFO. [6] Недавние исследования сообщают о новом источнике HFO в структурах обонятельной луковицы, который на удивление сильнее любого другого, ранее обнаруженного в мозге млекопитающих. [31] [32] HFO в луковице генерируется местными возбуждающе-тормозными цепями, модулируемыми ритмом дыхания, и может также регистрироваться при анестезии кетамином-ксилазином. [33] Эти результаты могут помочь в понимании ранних симптомов у пациентов с шизофренией и их родственников, которые могут страдать от нарушений обонятельной системы. [34]

Смотрите также

Мозговые волны

Ссылки

  1. ^ аб Бужаки, Дьёрдь; да Силва, Фернандо Лопес (сентябрь 2012 г.). «Высокочастотные колебания в неповрежденном мозге». Прогресс нейробиологии . 98 (3): 241–249. doi :10.1016/j.pneurobio.2012.02.004. ISSN  0301-0082. ПМЦ  4895831 . ПМИД  22449727.
  2. ^ Энгель, Джером; Брагин, Анатолий; Стаба, Ричард; Моди, Иштван (апрель 2009 г.). «Высокочастотные колебания: что нормально, а что нет?». Эпилепсия . 50 (4): 598–604. doi : 10.1111/j.1528-1167.2008.01917.x . ISSN  1528-1167. PMID  19055491. S2CID  18528403.
  3. ^ Jacobs, J.; Staba, R.; Asano, E.; Otsubo, H.; Wu, JY; Zijlmans, M.; Mohamed, I.; Kahane, P.; Dubeau, F.; Navarro, V.; Gotman, J. (сентябрь 2012 г.). «Высокочастотные колебания (HFO) при клинической эпилепсии». Progress in Neurobiology . 98 (3): 302–315. doi :10.1016/j.pneurobio.2012.03.001. ISSN  0301-0082. PMC 3674884 . PMID  22480752. 
  4. ^ Арройо, Сантьяго; Уемацу, Сумио (июль 1992 г.). «Высокочастотная активность ЭЭГ в начале приступов». Журнал клинической нейрофизиологии . 9 (3): 441–448. doi :10.1097/00004691-199207010-00012. ISSN  0736-0258. PMID  1517412.
  5. ^ Uhlhaas, Peter J.; Singer, Wolf (сентябрь 2013 г.). «Высокочастотные колебания и нейробиология шизофрении». Dialogues in Clinical Neuroscience . 15 (3): 301–313. doi :10.31887/DCNS.2013.15.3/puhlhaas. ISSN  1294-8322. PMC 3811102. PMID 24174902  . 
  6. ^ abcd Olszewski, Maciej; Piasecka, Joanna; Goda, Sailaja A.; Kasicki, Stefan; Hunt, Mark J. (июнь 2013 г.). «Антипсихотические соединения дифференциально модулируют высокочастотные колебания в прилежащем ядре крысы: сравнение препаратов первого и второго поколения». Международный журнал нейропсихофармакологии . 16 (5): 1009–1020. doi : 10.1017/S1461145712001034 . ISSN  1469-5111. PMID  23171738.
  7. ^ Goda, Sailaja A.; Olszewski, Maciej; Piasecka, Joanna; Rejniak, Karolina; Whittington, Miles A.; Kasicki, Stefan; Hunt, Mark J. (август 2015 г.). «Аберрантные высокочастотные колебания, зарегистрированные в прилежащем ядре крысы в ​​нейроразвивающейся модели шизофрении с использованием метилазоксиметанолацетата». Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry . 61 : 44–51. doi :10.1016/j.pnpbp.2015.03.016. ISSN  0278-5846. PMID  25862088. S2CID  13965042.
  8. ^ Хауфлер, Даррелл; Паре, Денис (2014-07-01). «Высокочастотные колебания заметны в расширенной миндалине». Журнал нейрофизиологии . 112 (1): 110–119. doi :10.1152/jn.00107.2014. ISSN  0022-3077. PMC 4064387. PMID 24717353  . 
  9. ^ Чжун, Вэйвэй; Циатипис, Марева; Вольфенштейн, Тереза; Йессбергер, Якоб; Мюллер, Карола; Понсель, Саймон; Яновский, Евгений; Бранкачк, Юрий; Торт, Адриано БЛ; Драгун, Андреас (2017-04-25). "Избирательное увлечение гамма-поддиапазонов различными медленными сетевыми колебаниями". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (17): 4519–4524. doi : 10.1073/pnas.1617249114 . ISSN  0027-8424. PMC 5410835. PMID 28396398  . 
  10. ^ Ylinen, A.; Bragin, A.; Nádasdy, Z.; Jandó, G.; Szabó, I.; Sik, A.; Buzsáki, G. (январь 1995 г.). «Высокочастотные колебания (200 Гц), связанные с острой волной, в неповрежденном гиппокампе: сетевые и внутриклеточные механизмы». The Journal of Neuroscience . 15 (1 Pt 1): 30–46. doi :10.1523/JNEUROSCI.15-01-00030.1995. ISSN  0270-6474. PMC 6578299 . PMID  7823136. 
  11. ^ Kucewicz, Michal T.; Cimbalnik, Jan; Matsumoto, Joseph Y.; Brinkmann, Benjamin H.; Bower, Mark R.; Vasoli, Vincent; Sulc, Vlastimil; Meyer, Fred; Marsh, WR; Stead, SM; Worrell, Gregory A. (август 2014 г.). «Высокочастотные колебания связаны с когнитивной обработкой в ​​памяти распознавания человека». Brain . 137 (8): 2231–2244. doi :10.1093/brain/awu149. ISSN  0006-8950. PMC 4107742 . PMID  24919972. 
  12. ^ ab Foffani, G. (2003-06-23). ​​"300-Гц субталамические колебания при болезни Паркинсона". Brain . 126 (10): 2153–2163. doi : 10.1093/brain/awg229 . ISSN  1460-2156. PMID  12937087.
  13. ^ Бурнос, Сергей; Феделе, Томмазо; Шмид, Оливье; Крайенбюль, Никлаус; Сарнтейн, Йоханнес (2016-01-01). «Обнаруживаемость соматосенсорных вызванных высокочастотных колебаний (HFO), совместно зарегистрированных с помощью скальповой ЭЭГ и ЭКоГ под пропофолом». NeuroImage: Clinical . 10 : 318–325. doi : 10.1016/j.nicl.2015.11.018. ISSN  2213-1582. PMC 4723731. PMID 26900572  . 
  14. ^ Одзаки, Исаму; Хашимото, Исао (2011-10-01). «Изучение физиологии и функции высокочастотных колебаний (HFO) соматосенсорной коры». Клиническая нейрофизиология . 122 (10): 1908–1923. doi :10.1016/j.clinph.2011.05.023. ISSN  1388-2457. PMID  21724458. S2CID  7628474.
  15. ^ Ooba, Hiroshi; Abe, Tatsuya; Kamida, Tohru; Anan, Mitsuhiro; Morishige, Masaki; Fujiki, Minoru (апрель 2010 г.). «Увеличение высокочастотных колебаний (HFO) у пациентов с опухолями мозга: значение для увеличения амплитуды N20». Clinical Neurophysiology . 121 (4): 474–481. doi :10.1016/j.clinph.2009.12.007. ISSN  1872-8952. PMID  20097127. S2CID  206793052.
  16. ^ Мураками, Такенобу; Сакума, Кэндзи; Накашима, Кэндзи (2008-12-01). «Соматосенсорные вызванные потенциалы и высокочастотные колебания у спортсменов». Клиническая нейрофизиология . 119 (12): 2862–2869. doi :10.1016/j.clinph.2008.09.002. ISSN  1388-2457. PMID  18849191. S2CID  30129908.
  17. ^ Gobbelé, René; Waberski, Till Dino; Dieckhöfer, Anne; Kawohl, Wolfram; Klostermann, Fabian; Curio, Gabriel; Buchner, Helmut (июль 2003 г.). «Модели нарушенного распространения импульсов при рассеянном склерозе, идентифицированные по низко- и высокочастотным компонентам соматосенсорного вызванного потенциала». Journal of Clinical Neurophysiology . 20 (4): 283–290. doi :10.1097/00004691-200307000-00008. ISSN  0736-0258. PMID  14530742. S2CID  24099633.
  18. ^ Zijlmans, Maeike; Jiruska, Premysl; Zelmann, Rina; Leijten, Frans SS; Jefferys, John GR; Gotman, Jean (февраль 2012 г.). «Высокочастотные колебания как новый биомаркер эпилепсии». Annals of Neurology . 71 (2): 169–178. doi :10.1002/ana.22548. ISSN  1531-8249. PMC 3754947 . PMID  22367988. 
  19. ^ Фраушер, Биргит; Бартоломеи, Фабрис; Кобаяши, Кацухиро; Цимбальник, Ян; Вант Клоостер, Мариз А.; Рампп, Стефан; Оцубо, Хироши; Хеллер, Ивонн; Ву, Джойс Ю.; Асано, Эйши; Энгель, Джером (август 2017 г.). «Высокочастотные колебания: состояние клинических исследований». Эпилепсия . 58 (8): 1316–1329. дои : 10.1111/epi.13829. ISSN  0013-9580. ПМК 5806699 . ПМИД  28666056. 
  20. ^ Янг, Эндрю И.; Ванегас, Нора; Лунгу, Кодрин; Заглул, Карим А. (17.09.2014). «Бета-связанная высокочастотная активность и бета-заблокированная нейронная импульсация в субталамическом ядре болезни Паркинсона». Журнал нейронауки . 34 (38): 12816–12827. doi :10.1523/JNEUROSCI.1895-14.2014. ISSN  1529-2401. PMC 4166162. PMID 25232117  . 
  21. ^ Борджигин, Джимо; Ли, УнЧеол; Лю, Тиеченг; Пал, Динеш; Хафф, Шон; Кларр, Дэниел; Слобода, Дженнифер; Эрнандес, Джейсон; Ван, Майкл М.; Машур, Джордж А. (2013-08-27). «Всплеск нейрофизиологической согласованности и связности в умирающем мозге». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (35): 14432–14437. Bibcode : 2013PNAS..11014432B. doi : 10.1073/pnas.1308285110 . ISSN  1091-6490. PMC 3761619. PMID 23940340  . 
  22. ^ Хант, Марк Дж.; Ольшевский, Мачей; Пьясецкая, Джоанна; Уиттингтон, Майлз А.; Касицки, Стефан (2015). «Влияние антагонистов рецепторов NMDA и антипсихотиков на высокочастотные колебания, зарегистрированные в прилежащем ядре свободно движущихся мышей». Психофармакология . 232 (24): 4525–4535. doi :10.1007/s00213-015-4073-0. ISSN  0033-3158. PMC 4646921. PMID 26446869  . 
  23. ^ Хант, Марк Дж.; Касицки, Стефан (17 июля 2013 г.). «Систематический обзор эффектов антагонистов рецепторов NMDA на колебательную активность, зарегистрированную in vivo». Журнал психофармакологии . 27 (11): 972–986. doi :10.1177/0269881113495117. ISSN  0269-8811. PMID  23863924. S2CID  31344362.
  24. ^ Чинталури, Чайтанья; Бейтка, Марта; Среднява, Владислав; Червинский, Михал; Дзик, Якуб М.; Енджеевска-Шмек, Иоанна; Кондракевич, Кацпер; Кублик, Ева; Войчик, Дэниел К. (14 мая 2021 г.). «Что мы можем и чего не можем видеть с помощью внеклеточных мультиэлектродов». PLOS Вычислительная биология . 17 (5): e1008615. Бибкод : 2021PLSCB..17E8615C. дои : 10.1371/journal.pcbi.1008615 . ISSN  1553-7358. ПМЦ 8153483 . PMID  33989280. 
  25. ^ Хант, Марк Джереми; Рейно, Берил; Гарсия, Рене (2006-12-01). «Кетамин дозозависимо вызывает высокочастотные колебания в прилежащем ядре у свободно движущихся крыс». Биологическая психиатрия . 60 (11): 1206–1214. doi :10.1016/j.biopsych.2006.01.020. ISSN  0006-3223. PMID  16650831. S2CID  22548264.
  26. ^ ab Frohlich, Joel; Van Horn, John D. (апрель 2014 г.). «Обзор модели кетамина для шизофрении». Журнал психофармакологии . 28 (4): 287–302. doi : 10.1177/0269881113512909. ISSN  1461-7285. PMC 4133098. PMID 24257811  . 
  27. ^ Филлипс, К. Г.; Котел, М. К.; Маккарти, А. П.; Эдгар, Д. М.; Триклбэнк, М.; О'Нил, М. Дж.; Джонс, М. В.; Уоффорд, КА (март 2012 г.). «Дифференциальные эффекты антагонистов NMDA на высокочастотные и гамма-осцилляции ЭЭГ в нейроразвивающейся модели шизофрении». Нейрофармакология . 62 (3): 1359–1370. doi : 10.1016/j.neuropharm.2011.04.006. PMID  21521646. S2CID  23058003.
  28. ^ Хансен, Ингеборг Х.; Агерсков, Клаус; Арвастсон, Ларс; Бастлунд, Йеспер Ф.; Соренсен, Хельге Б.Д.; Херрик, Кьяртан Ф. (июль 2019 г.). «Фармако-электроэнцефалографические реакции у крыс различаются в активных и неактивных локомоторных состояниях». Европейский журнал неврологии . 50 (2): 1948–1971. дои : 10.1111/ejn.14373. ISSN  1460-9568. ПМК 6806018 . ПМИД  30762918. 
  29. ^ Кайшета, Фабио В.; Корнелио, Алианда М.; Схеффер-Тейшейра, Робсон; Рибейро, Сидарта; Торт, Адриано Б.Л. (2 августа 2013 г.). «Кетамин изменяет колебательную связь в гиппокампе». Научные отчеты . 3 : 2348. Бибкод : 2013NatSR...3E2348C. дои : 10.1038/srep02348. ISSN  2045-2322. ПМЦ 3731648 . ПМИД  23907109. 
  30. ^ Питтман-Поллетта, Бенджамин; Ху, Кун; Кочиш, Бернат (2018-08-02). «Субъединично-специфический антагонизм NMDAR диссоциирует осциллопатии, соответствующие подтипу шизофрении, связанные с гипофункцией лобной доли и гиперфункцией гиппокампа». Scientific Reports . 8 (1): 11588. Bibcode :2018NatSR...811588P. doi :10.1038/s41598-018-29331-8. ISSN  2045-2322. PMC 6072790 . PMID  30072757. 
  31. ^ Хант, Марк Джереми; Адамс, Натали Э.; Среднява, Владислав; Вуйчик, Дэниел К.; Саймон, Анна; Касицки, Стефан; Уиттингтон, Майлз Адриан (январь 2019 г.). «Обонятельная луковица является источником высокочастотных колебаний (130–180 Гц), связанных с субанестетической дозой кетамина у грызунов». Нейропсихофармакология . 44 (2): 435–442. doi : 10.1038/s41386-018-0173-y . ISSN  1740-634X. PMC 6300534. PMID 30140046  . 
  32. ^ Врубель, Яцек; Среднява, Владислав; Юркевич, Габриэла; Жигеревич, Ярослав; Войчик, Дэниел К.; Уиттингтон, Майлз Адриан; Хант, Марк Джереми (04 ноября 2020 г.). «Носовое дыхание необходимо для кетаминозависимых высокочастотных колебаний сети и поведенческой гиперактивности у крыс». Научные отчеты . 10 (1): 18981. Бибкод : 2020NatSR..1018981W. дои : 10.1038/s41598-020-75641-1 . ISSN  2045-2322. ПМЦ 7642442 . ПМИД  33149202. 
  33. ^ Среднява, Владислав; Врубель, Яцек; Кублик, Ева; Войчик, Даниэль Кшиштоф; Уиттингтон, Майлз Адриан; Хант, Марк Джереми (18 марта 2021 г.). «Сетевые и синаптические механизмы, лежащие в основе высокочастотных колебаний в обонятельной луковице крыс и кошек под кетамин-ксилазиновой анестезией». Научные отчеты . 11 (1): 6390. doi : 10.1038/s41598-021-85705-5 . ISSN  2045-2322. ПМЦ 7973548 . ПМИД  33737621. 
  34. ^ Турецкий, Брюс И.; Хан, Чанг-Гю; Арнольд, Стивен Э.; Моберг, Пол Дж. (февраль 2009 г.). «Дисфункция обонятельных рецепторных нейронов при шизофрении». Нейропсихофармакология . 34 (3): 767–774. doi :10.1038/npp.2008.139. ISSN  0893-133X. PMC 3524971. PMID  18754006 .