Высокочастотные колебания - High frequency oscillations

Пример вспышки высокочастотных колебаний, зарегистрированной с мозг.

Высокочастотные колебания (HFO) являются мозговые волны частоты выше ~ 80 Гц, создано нейронный популяция клеток. Высокочастотные колебания можно регистрировать во время электроэнцефалаграмма (ЭЭГ), потенциал местного поля (LFP) или электрокортикограмма (ЭКоГ) электрофизиология записи. Они присутствуют в физиологическом состоянии во время резкие волны и рябь - колебательные паттерны, участвующие в консолидация памяти процессы.[1] HFO связаны с патофизиологией мозга, например эпилептический припадок [2] и часто регистрируются в начале приступа. Это многообещающий биомаркер для идентификации эпилептогенной зоны.[3][4] Другие исследования указывают на роль HFO в психические расстройства и возможные последствия психотических эпизодов у шизофрения.[5][6][7]

Предпосылки и история

Классическая классификация частотных диапазонов, связанных с различными функциями / состояниями мозга, состоит из дельта, тета, альфа, бета и гамма группы. Из-за ограниченных возможностей ранней экспериментальной / медицинской установки для регистрации быстрых частот по историческим причинам все колебания выше 30 Гц считались высокочастотными и их было трудно исследовать.[1] Последние достижения в производстве электрофизиологических установок позволяют записывать электрический потенциал с высоким временным и пространственным разрешением, и чтобы «уловить» динамику даже отдельной ячейки потенциал действия. В номенклатуре нейробиологии все еще существует разрыв между ~ 100 Гц и деятельность нескольких единиц (> 500 Гц), поэтому эти колебания часто называют высокой гаммой или HFO.

Нейрофизиологические особенности

HFO генерируется различными клеточными механизмами и может быть обнаружен во многих областях мозга.[8][9] В гиппокамп, эта быстрая нейронная активность является результатом синхронной популяции всплеск из пирамидные клетки в CA3 регион и дендритный слой CA1, которые вызывают характерный характер колебаний (подробнее см. резкие волны и рябь ).[10] Возникновение HFO во время задачи памяти (кодирования и вызова изображений) также было зарегистрировано у пациентов-людей из внутричерепных записей в первичный визуал, лимбический и выше корковые области.[11] Другой пример физиологического HFO около 300 Гц был обнаружен в субталамическое ядро,[12] что частично объясняет, почему высокая частота глубокая стимуляция мозга лечение помогает пациентам с болезнь Паркинсона.  

Соматосенсорные вызванные высокочастотные колебания

Записи ЭКоГ человека соматосенсорная кора, показал наличие HFO (достигающего даже 600 Гц) во время сенсорные вызванные потенциалы и соматосенсорное вызванное магнитное поле после срединный нерв стимуляция.[13] Эти всплески активности генерируются таламокортикальной петлей и управляются высоко синхронизированными пик таламокортикальных волокон, и считается, что они играют роль в обработке информации.[14] Соматосенсорные вызванные изменения амплитуды HFO могут потенциально использоваться в качестве биомаркера неврологических расстройств, что может помочь в диагностике в определенных клинических условиях. Некоторые онкологические больные с опухоли 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 (от 400 до 800 Гц) после нервной стимуляции также наблюдались в сигнале ЭЭГ здоровых людей. футбол и ракетка спорт игроков.[16]

Патологический HFO

Существует множество исследований, в которых сообщается о патофизиологических типах HFO у людей и моделях болезней на животных, которые связаны с различными психическими или неврологическими расстройствами:

Гипофункция рецептора NMDA HFO

Плотность источника тока реконструкция (красные и синие точки) примера вспышки HFO, записанной (6-канальная установка - зеленые точки) из мозга крысы (серые точки).

Увеличивается количество исследований, указывающих на то, что ритмы HFO (130–180 Гц) могут возникать из-за местной блокады рецепторов NMDA,[24][25][26][27] которая также является фармакологической моделью шизофрении.[25] Эти быстрые колебания, зависящие от рецептора NMDA, были обнаружены в различных областях мозга, включая гиппокамп,[28] прилежащее ядро [6] и префронтальная кора регионы.[29] Несмотря на то, что этот тип HFO еще не был подтвержден у людей, второе поколение антипсихотические препараты, широко используется для лечения шизофрении и шизоаффективных расстройств (т.е. Клозапин, Рисперидон ), снижает частоту HFO.[6] В недавних исследованиях сообщается о новом источнике HFO в структурах обонятельной луковицы, который на удивление сильнее любого другого источника, который ранее наблюдался в мозге млекопитающих.[30][31] Эти данные могут помочь объяснить ранние симптомы у пациентов с шизофренией, страдающих нарушениями обонятельной системы.[32]

Смотрите также

Мозговые волны

Рекомендации

  1. ^ а б Бужаки, Дьёрдь; да Силва, Фернандо Лопес (сентябрь 2012 г.). «Высокочастотные колебания в неповрежденном мозге». Прогресс в нейробиологии. 98 (3): 241–249. Дои:10.1016 / j.pneurobio.2012.02.004. ISSN  0301-0082. ЧВК  4895831. PMID  22449727.
  2. ^ Энгель, Джером; Брагин, Анатолий; Стаб, Ричард; Моды, Иштван (апрель 2009 г.). «Высокочастотные колебания: что нормально, а что нет?». Эпилепсия. 50 (4): 598–604. Дои: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, J.Y .; Zijlmans, M .; Мохамед, I .; Kahane, P .; Dubeau, F .; Navarro, V .; Готман, Дж. (Сентябрь 2012 г.). «Высокочастотные колебания (ВЧС) при клинической эпилепсии». Прогресс в нейробиологии. 98 (3): 302–315. Дои:10.1016 / j.pneurobio.2012.03.001. ISSN  0301-0082. ЧВК  3674884. PMID  22480752.
  4. ^ Арройо, Сантьяго; Уэмацу, Сумио (июль 1992 г.). «Высокочастотная активность ЭЭГ в начале припадков». Журнал клинической нейрофизиологии. 9 (3): 441–448. Дои:10.1097/00004691-199207010-00012. ISSN  0736-0258. PMID  1517412.
  5. ^ Uhlhaas, Peter J .; Певица, Волк (сентябрь 2013 г.). «Высокочастотные колебания и нейробиология шизофрении». Диалоги в клинической неврологии. 15 (3): 301–313. Дои:10.31887 / DCNS.2013.15.3 / puhlhaas. ISSN  1294-8322. ЧВК  3811102. PMID  24174902.
  6. ^ а б c d Ольшевский, Мацей; Пясецка, Иоанна; Goda, Sailaja A .; Касицки, Стефан; Хант, Марк Дж. (Июнь 2013 г.). «Антипсихотические соединения по-разному модулируют высокочастотные колебания в прилежащем ядре крысы: сравнение препаратов первого и второго поколения». Международный журнал нейропсихофармакологии. 16 (5): 1009–1020. Дои:10.1017 / S1461145712001034. ISSN  1469-5111. PMID  23171738.
  7. ^ Goda, Sailaja A .; Ольшевский, Мацей; Пясецка, Иоанна; Рейняк, Каролина; Уиттингтон, Майлз А .; Касицки, Стефан; Хант, Марк Дж. (Август 2015 г.). «Аберрантные высокочастотные колебания, зарегистрированные в прилежащем ядре крысы в ​​модели шизофрении, связанной с развитием нервной системы с метилазоксиметанол ацетатом». Прогресс нейропсихофармакологии и биологической психиатрии. 61: 44–51. Дои:10.1016 / j.pnpbp.2015.03.016. ISSN  0278-5846. PMID  25862088. S2CID  13965042.
  8. ^ Хауфлер, Даррелл; Паре, Денис (01.07.2014). «Высокочастотные колебания заметны в расширенной миндалине». Журнал нейрофизиологии. 112 (1): 110–119. Дои:10.1152 / jn.00107.2014. ISSN  0022-3077. ЧВК  4064387. PMID  24717353.
  9. ^ Чжун, Вэйвэй; Чатипис, Марева; Вольфенштеттер, Тереза; Джессбергер, Якоб; Мюллер, Карола; Понсел, Саймон; Яновский, Евгений; Бранкачк, Юрий; Tort, Adriano B.L .; Драгун, Андреас (2017-04-25). «Избирательный захват гамма-поддиапазонов различными медленными колебаниями сети». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 114 (17): 4519–4524. Дои:10.1073 / pnas.1617249114. ISSN  0027-8424. ЧВК  5410835. PMID  28396398.
  10. ^ Ylinen, A .; Брагин, А .; Nádasdy, Z .; Jandó, G .; Сабо, I .; Sik, A .; Бужаки, Г. (январь 1995 г.). «Резкие волны высокочастотных колебаний (200 Гц) в интактном гиппокампе: сетевые и внутриклеточные механизмы». Журнал неврологии. 15 (1 Пет 1): 30–46. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.15-01-00030.1995. ISSN  0270-6474. ЧВК  6578299. PMID  7823136.
  11. ^ Kucewicz, Michal T .; Цимбальник Ян; Мацумото, Джозеф Ю.; Бринкманн, Бенджамин Х .; Бауэр, Марк Р .; Васоли, Винсент; Сульц, Властимил; Мейер, Фред; Marsh, W. R .; Stead, S.M .; Уоррелл, Грегори А. (август 2014 г.). «Высокочастотные колебания связаны с когнитивной обработкой в ​​памяти распознавания человека». Мозг. 137 (8): 2231–2244. Дои:10.1093 / мозг / awu149. ISSN  0006-8950. ЧВК  4107742. PMID  24919972.
  12. ^ а б Фоффани, Г. (23.06.2003). «Субталамические колебания частотой 300 Гц при болезни Паркинсона». Мозг. 126 (10): 2153–2163. Дои:10.1093 / мозг / awg229. ISSN  1460-2156. PMID  12937087.
  13. ^ Бурнос, Сергей; Феделе, Томмазо; Шмид, Оливье; Крайенбюль, Никлаус; Сарнтайн, Йоханнес (01.01.2016). «Обнаруживаемость соматосенсорных вызванных высокочастотных колебаний (HFO), записываемых совместно с помощью ЭЭГ кожи головы и ЭКоГ под пропофолом». NeuroImage: Клинический. 10: 318–325. Дои:10.1016 / j.nicl.2015.11.018. ISSN  2213-1582. ЧВК  4723731. PMID  26900572.
  14. ^ Одзаки, Исаму; Хасимото, Исао (01.10.2011). «Изучение физиологии и функции высокочастотных колебаний (HFOs) соматосенсорной коры». Клиническая нейрофизиология. 122 (10): 1908–1923. Дои:10.1016 / j.clinph.2011.05.023. ISSN  1388-2457. PMID  21724458. S2CID  7628474.
  15. ^ Уба, Хироши; Абэ, Тацуя; Камида, Тору; Анан, Мицухиро; Моришиге, Масаки; Фудзики, Минору (апрель 2010 г.). «Увеличение высокочастотных колебаний (HFOs) у пациентов с опухолями головного мозга: значение для увеличения амплитуды N20». Клиническая нейрофизиология. 121 (4): 474–481. Дои:10.1016 / j.clinph.2009.12.007. ISSN  1872-8952. PMID  20097127. S2CID  206793052.
  16. ^ Мураками, Такенобу; Сакума, Кендзи; Накашима, Кендзи (01.12.2008). «Соматосенсорные вызванные потенциалы и высокочастотные колебания у спортсменов». Клиническая нейрофизиология. 119 (12): 2862–2869. Дои:10.1016 / j.clinph.2008.09.002. ISSN  1388-2457. PMID  18849191. S2CID  30129908.
  17. ^ Гоббеле, Рене; Ваберски, Тилль Дино; Дикхёфер, Анна; Каволь, Вольфрам; Клостерманн, Фабиан; Курион, Габриэль; Бюхнер, Гельмут (июль 2003 г.). «Паттерны нарушенного распространения импульсов при рассеянном склерозе, идентифицированные низко- и высокочастотными соматосенсорными вызванными потенциальными компонентами». Журнал клинической нейрофизиологии. 20 (4): 283–290. Дои:10.1097/00004691-200307000-00008. ISSN  0736-0258. PMID  14530742. S2CID  24099633.
  18. ^ Zijlmans, Maeike; Йируска, Пршемысль; Зельманн, Рина; Leijten, Frans S. S .; Джефферис, Джон Г. Р .; Готман, Жан (февраль 2012 г.). «Высокочастотные колебания как новый биомаркер эпилепсии». Анналы неврологии. 71 (2): 169–178. Дои:10.1002 / ana.22548. ISSN  1531-8249. ЧВК  3754947. PMID  22367988.
  19. ^ Frauscher, Birgit; Бартоломей, Фабрис; Кобаяси, Кацухиро; Цимбальник Ян; ван'т Клоостер, Мариз А .; Рампп, Стефан; Оцубо, Хироши; Хёллер, 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. ЧВК  5806699. PMID  28666056.
  20. ^ Ян, Андрей I .; Ванегас, Нора; Лунгу, Кодрин; Заглул, Карим А. (17 сентября 2014 г.). «Бета-связанная высокочастотная активность и бета-блокированные нейронные импульсы в субталамическом ядре при болезни Паркинсона». Журнал неврологии. 34 (38): 12816–12827. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.1895-14.2014. ISSN  1529-2401. ЧВК  4166162. PMID  25232117.
  21. ^ Борджигин, Джимо; Ли, UnCheol; Лю, Теченг; Пал, Динеш; Хафф, Шон; Кларр, Дэниел; Слобода, Дженнифер; Эрнандес, Джейсон; Ван, Майкл М .; Машур, Джордж А. (27 августа 2013 г.). «Всплеск нейрофизиологической когерентности и связи в умирающем мозге». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 110 (35): 14432–14437. Bibcode:2013ПНАС..11014432Б. Дои:10.1073 / pnas.1308285110. ISSN  1091-6490. ЧВК  3761619. PMID  23940340.
  22. ^ Хант, Марк Дж .; Ольшевский, Мацей; Пясецка, Иоанна; Уиттингтон, Майлз А .; Касицки, Стефан (2015). «Влияние антагонистов рецепторов NMDA и нейролептиков на высокочастотные колебания, зарегистрированные в прилежащем ядре свободно движущихся мышей». Психофармакология. 232 (24): 4525–4535. Дои:10.1007 / s00213-015-4073-0. ISSN  0033-3158. ЧВК  4646921. PMID  26446869.
  23. ^ Хант, Марк Дж; Касицки, Стефан (17 июля 2013 г.). «Систематический обзор эффектов антагонистов рецептора NMDA на колебательную активность, зарегистрированную in vivo». Журнал психофармакологии. 27 (11): 972–986. Дои:10.1177/0269881113495117. ISSN  0269-8811. PMID  23863924. S2CID  31344362.
  24. ^ Хант, Марк Джереми; Рейно, Берил; Гарсия, Рене (01.12.2006). «Кетамин в зависимости от дозы вызывает высокочастотные колебания в прилежащем ядре у свободно движущихся крыс». Биологическая психиатрия. 60 (11): 1206–1214. Дои:10.1016 / j.biopsych.2006.01.020. ISSN  0006-3223. PMID  16650831. S2CID  22548264.
  25. ^ а б Frohlich, Джоэл; Ван Хорн, Джон Д. (апрель 2014 г.). «Обзор кетаминовой модели шизофрении». Журнал психофармакологии (Оксфорд, Англия). 28 (4): 287–302. Дои:10.1177/0269881113512909. ISSN  1461-7285. ЧВК  4133098. PMID  24257811.
  26. ^ Филлипс, К.Г .; Cotel, M.C .; McCarthy, A.P .; Эдгар, Д.М .; Tricklebank, M .; О’Нил, М.Дж .; Jones, M.W .; Ваффорд, К. (Март 2012 г.). «Дифференциальные эффекты антагонистов NMDA на высокочастотные и гамма-колебания ЭЭГ в модели развития нервной системы шизофрении». Нейрофармакология. 62 (3): 1359–1370. Дои:10.1016 / j.neuropharm.2011.04.006. PMID  21521646. S2CID  23058003.
  27. ^ Hansen, Ingeborg H .; Агерсков, Клаус; Арвастсон, Ларс; Bastlund, Jesper F .; Sørensen, Helge B.D .; Херрик, Кьяртан Ф. (июль 2019 г.). «Фармако-электроэнцефалографические ответы у крыс различаются в зависимости от активного и неактивного локомоторных состояний». Европейский журнал нейробиологии. 50 (2): 1948–1971. Дои:10.1111 / ejn.14373. ISSN  1460-9568. ЧВК  6806018. PMID  30762918.
  28. ^ Caixeta, Fábio V .; Корнелио, Алианда М .; Шеффер-Тейшейра, Робсон; Рибейро, Сидарта; Торт, Адриано Б. Л. (2 августа 2013 г.). «Кетамин изменяет колебательную связь в гиппокампе». Научные отчеты. 3: 2348. Bibcode:2013НатСР ... 3E2348C. Дои:10.1038 / srep02348. ISSN  2045-2322. ЧВК  3731648. PMID  23907109.
  29. ^ Питтман-Поллетта, Бенджамин; Ху, Кун; Кочиш, Бернат (2018-08-02). «Субъединичный антагонизм NMDAR диссоциирует осциллопатии, относящиеся к подтипу шизофрении, связанные с лобной гипофункцией и гиперфункцией гиппокампа». Научные отчеты. 8 (1): 11588. Bibcode:2018НатСР ... 811588П. Дои:10.1038 / s41598-018-29331-8. ISSN  2045-2322. ЧВК  6072790. PMID  30072757.
  30. ^ Хант, Марк Джереми; Адамс, Натали Е .; Среднява, Владислав; Wójcik, Daniel K .; Симон, 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. Дои:10.1038 / s41386-018-0173-у. ISSN  1740-634X. ЧВК  6300534. PMID  30140046.
  31. ^ Wróbel, Jacek; Среднява, Владислав; Юркевич, Габриэла; Жигеревич, Ярослав; Wójcik, Daniel K .; Уиттингтон, Майлз Адриан; Хант, Марк Джереми (2020-11-04). «Носовое дыхание необходимо для кетамин-зависимых высокочастотных сетевых колебаний и поведенческой гиперактивности у крыс». Научные отчеты. 10 (1): 18981. Дои:10.1038 / s41598-020-75641-1. ISSN  2045-2322.
  32. ^ Турецкий, Брюс I; Хан, Чанг-Гю; Арнольд, Стивен Э; Моберг, Пол Дж (февраль 2009 г.). «Дисфункция нейронов обонятельных рецепторов при шизофрении». Нейропсихофармакология. 34 (3): 767–774. Дои:10.1038 / npp.2008.139. ISSN  0893-133X. ЧВК  3524971. PMID  18754006.