Vysokofrekvenční oscilace - High frequency oscillations

Příklad vysokofrekvenční oscilační dávky zaznamenané z mozek.

Vysokofrekvenční oscilace (HFO) jsou mozkové vlny frekvence rychlejší než ~ 80 Hz generované uživatelem neuronální buněčná populace. Vysokofrekvenční oscilace lze zaznamenat během elektroencefalagram (EEG), potenciál místního pole (LFP) nebo elektrokortikogram (ECoG) elektrofyziologie nahrávky. Jsou přítomny ve fyziologickém stavu během ostré vlny a vlnky - oscilační vzorce zapojené do konsolidace paměti procesy.[1] HFO jsou spojeny s patofyziologií mozku jako epileptický záchvat [2] a jsou často zaznamenány během záchvatu. Vytváří slibný biomarker pro identifikaci epileptogenní zóny.[3][4] Další studie poukazují na roli HFO v psychiatrické poruchy a možné důsledky pro psychotické epizody v schizofrenie.[5][6][7]

Pozadí a historie

Klasická klasifikace frekvenčních pásem, která jsou spojena s různými funkcemi / stavy mozku, se skládá z delta, theta, alfa, beta a gama kapel. Vzhledem k omezeným schopnostem raného experimentálního / lékařského nastavení zaznamenávat rychlé frekvence byly z historických důvodů všechny oscilace nad 30 Hz považovány za vysokou frekvenci a bylo obtížné je vyšetřit.[1] Nedávný pokrok ve výrobě elektrofyziologických nastavení umožňuje záznam elektrický potenciál s vysokým časovým a prostorovým rozlišením a „zachytit“ dynamiku i jedné buňky akční potenciál. V nomenklatuře neurovědy stále existuje vykuřující mezera mezi ~ 100 Hz a aktivita více jednotek (> 500 Hz), takže tyto oscilace se často nazývají vysoká gama nebo HFO.

Neurofyziologické rysy

HFO jsou generovány různými buněčnými mechanismy a lze je detekovat v mnoha oblastech mozku.[8][9] v hipokampus, tato rychlá neuronální aktivita je účinkem synchronní populace špice z pyramidové buňky v CA3 region a dendritický vrstva CA1, které vedou k charakteristickému oscilačnímu vzoru (viz více v ostré vlny a vlnky ).[10] Výskyt HFO během paměťové úlohy (kódování a vyvolání snímků) byl také hlášen u lidských pacientů z intrakraniálních záznamů v primární vizuální, limbický a vyšší řád kortikální oblasti.[11] Další příklad fyziologického HFO kolem 300 Hz byl nalezen v subtalamické jádro,[12] což částečně vysvětluje, proč vysoká frekvence hluboká stimulace mozku léčba pomáhá pacientům s Parkinsonova choroba.  

Somatosenzorie vyvolala vysokofrekvenční oscilace

Záznamy ECoG od člověka somatosenzorická kůra, prokázal přítomnost HFO (dosahující dokonce 600 Hz) během smyslově evokované potenciály a somatosenzorické evokovalo magnetické pole poté střední nerv stimulace.[13] Tyto výbuchy aktivity jsou generovány thalamokortikální smyčkou a poháněny vysoce synchronizovanými špice thalamokortikálních vláken a předpokládá se, že hrají roli při zpracování informací.[14] Somatosenzorické evokované změny amplitudy HFO lze potenciálně použít jako biomarker pro neurologické poruchy, což může pomoci v diagnostice v určitých klinických kontextech. Někteří onkologičtí pacienti s mozkové nádory vykazovaly vyšší amplitudu HFO na stejné straně, kde byl nádor. Autoři této studie také navrhují příspěvek thalamokortikálních cest k rychlým oscilacím.[15] Je zajímavé, že vyšší amplitudy HFO (mezi 400 a 800 Hz) po nervové stimulaci byly také hlášeny v EEG signálu zdravých Fotbal a raketové sporty hráči.[16]

Patologická HFO

Existuje mnoho studií, které uvádějí patofyziologické typy HFO u lidských pacientů a zvířecích modelů onemocnění, které souvisejí s různými psychiatrickými nebo neurologickými poruchami:

Hypofunkce receptoru NMDA HFO

Hustota aktuálního zdroje rekonstrukce (červené a modré tečky) příkladu HFO shluku zaznamenaného (nastavení 6 kanálů - zelené tečky) z mozku krysy (šedé tečky).

Zvyšuje se počet studií, které naznačují, že kvůli lokální blokádě NMDA receptorů mohou nastat rytmy HFO (130–180 Hz),[24][25][26][27] což je také farmakologický model schizofrenie.[25] Tyto rychlé oscilace závislé na NMDA receptoru byly detekovány v různých oblastech mozku včetně hipokampus,[28] nucleus accumbens [6] a prefrontální kůra regionech.[29] Navzdory skutečnosti, že tyto typy HFO ještě nebyly potvrzeny u lidských pacientů, druhá generace antipsychotika, široce používaná k léčbě schizofrenie a schizoafektivních poruch (tj. Klozapin, Risperidon ), bylo prokázáno, že snižuje frekvenci HFO.[6] Nedávné studie uvádějí zprávy o novém zdroji HFO ve strukturách čichových cibulí, který je překvapivě silnější než jakýkoli jiný dříve pozorovaný v mozku savců.[30][31] Tato zjištění mohou pomoci vysvětlit časné příznaky pacientů se schizofrenií, kteří trpí poruchami čichového systému.[32]

Viz také

Mozkové vlny

Reference

  1. ^ A b Buzsáki, György; da Silva, Fernando Lopes (září 2012). „Vysokofrekvenční oscilace v neporušeném mozku“. Pokrok v neurobiologii. 98 (3): 241–249. doi:10.1016 / j.pneurobio.2012.02.004. ISSN  0301-0082. PMC  4895831. PMID  22449727.
  2. ^ Engel, Jerome; Bragin, Anatol; Staba, Richard; Mody, Istvan (duben 2009). „Vysokofrekvenční oscilace: co je normální a co ne?“. Epilepsie. 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, J. Y .; Zijlmans, M .; Mohamed, I .; Kahane, P .; Dubeau, F .; Navarro, V .; Gotman, J. (září 2012). „Vysokofrekvenční oscilace (HFO) v klinické epilepsii“. Pokrok v neurobiologii. 98 (3): 302–315. doi:10.1016 / j.pneurobio.2012.03.001. ISSN  0301-0082. PMC  3674884. PMID  22480752.
  4. ^ Arroyo, Santiago; Uematsu, Sumio (červenec 1992). „Vysokofrekvenční EEG aktivita na začátku záchvatů“. Journal of Clinical Neurophysiology. 9 (3): 441–448. doi:10.1097/00004691-199207010-00012. ISSN  0736-0258. PMID  1517412.
  5. ^ Uhlhaas, Peter J .; Singer, Wolf (září 2013). „Vysokofrekvenční oscilace a neurobiologie schizofrenie“. Dialogy v klinické neurovědě. 15 (3): 301–313. doi:10.31887 / DCNS.2013.15.3 / puhlhaas. ISSN  1294-8322. PMC  3811102. PMID  24174902.
  6. ^ A b C d Olszewski, Maciej; Piasecká, Joanna; Goda, Sailaja A .; Kasicki, Stefan; Hunt, Mark J. (červen 2013). „Antipsychotické sloučeniny odlišně modulují vysokofrekvenční oscilace v potkaních nucleus accumbens: srovnání léků první a druhé generace“. International Journal of Neuropsychopharmacology. 16 (5): 1009–1020. doi:10.1017 / S1461145712001034. ISSN  1469-5111. PMID  23171738.
  7. ^ Goda, Sailaja A .; Olszewski, Maciej; Piasecká, Joanna; Rejniak, Karolina; Whittington, Miles A .; Kasicki, Stefan; Hunt, Mark J. (srpen 2015). „Aberantní vysokofrekvenční oscilace zaznamenané v potkaních nucleus accumbens v neurodevelopmentálním modelu schizofrenie methylazoxymethanolacetátu“. Pokrok v neuro-psychofarmakologii a biologické psychiatrii. 61: 44–51. doi:10.1016 / j.pnpbp.2015.03.016. ISSN  0278-5846. PMID  25862088. S2CID  13965042.
  8. ^ Haufler, Darrell; Pare, Denis (01.07.2014). „Vysokofrekvenční oscilace jsou prominentní v rozšířené amygdale“. Journal of Neurophysiology. 112 (1): 110–119. doi:10.1152 / jn.00107.2014. ISSN  0022-3077. PMC  4064387. PMID  24717353.
  9. ^ Zhong, Weiwei; Ciatipis, Mareva; Wolfenstetter, Thérèse; Jessberger, Jakob; Müller, Carola; Ponsel, Simon; Yanovsky, Jevgenij; Brankačk, Jurij; Tort, Adriano B.L .; Draguhn, Andreas (2017-04-25). „Selektivní strhávání dílčích pásem gama různými pomalými kmity sítě“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 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. (leden 1995). „Ostré vysokofrekvenční kmity spojené s vlnami (200 Hz) v intaktním hipokampu: síť a intracelulární mechanismy“. 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, W. R .; Stead, S. M .; Worrell, Gregory A. (srpen 2014). „Vysokofrekvenční oscilace jsou spojeny s kognitivním zpracováním v paměti rozpoznávání člověka“. Mozek. 137 (8): 2231–2244. doi:10.1093 / brain / awu149. ISSN  0006-8950. PMC  4107742. PMID  24919972.
  12. ^ A b Foffani, G. (2003-06-23). „Subtalamické oscilace 300 Hz při Parkinsonově nemoci“. Mozek. 126 (10): 2153–2163. doi:10.1093 / mozek / awg229. ISSN  1460-2156. PMID  12937087.
  13. ^ Burnos, Sergey; Fedele, Tommaso; Schmid, Olivier; Krayenbühl, Niklaus; Sarnthein, Johannes (01.01.2016). „Detekovatelnost somatosenzorické vyvolané vysokofrekvenční oscilace (HFO) zaznamenávaná skalpem EEG a ECoG pod propofolem“. NeuroImage: Klinické. 10: 318–325. doi:10.1016 / j.nicl.2015.11.018. ISSN  2213-1582. PMC  4723731. PMID  26900572.
  14. ^ Ozaki, Isamu; Hashimoto, Isao (01.10.2011). „Zkoumání fyziologie a funkce vysokofrekvenčních oscilací (HFO) ze somatosenzorické kůry“. Klinická neurofyziologie. 122 (10): 1908–1923. doi:10.1016 / j.clinph.2011.05.023. ISSN  1388-2457. PMID  21724458. S2CID  7628474.
  15. ^ Ooba, Hiroši; Abe, Tatsuya; Kamida, Tohru; Anan, Mitsuhiro; Morishige, Masaki; Fujiki, Minoru (duben 2010). „Zvyšování vysokofrekvenčních oscilací (HFO) u pacientů s mozkovými nádory: důsledky pro zvýšení amplitudy N20“. Klinická neurofyziologie. 121 (4): 474–481. doi:10.1016 / j.clinph.2009.12.007. ISSN  1872-8952. PMID  20097127. S2CID  206793052.
  16. ^ Murakami, Takenobu; Sakuma, Kenji; Nakashima, Kenji (01.12.2008). „Somatosenzorické vyvolané potenciály a vysokofrekvenční oscilace u sportovců“. Klinická neurofyziologie. 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 (červenec 2003). „Vzory narušeného šíření impulzů u roztroušené sklerózy identifikované nízko a vysokofrekvenční somatosenzorickou evokací potenciálních složek“. 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, Přemysl; Zelmann, Rina; Leijten, Frans S. S .; Jefferys, John G. R .; Gotman, Jean (únor 2012). „Vysokofrekvenční oscilace jako nový biomarker v epilepsii“. Annals of Neurology. 71 (2): 169–178. doi:10,1002 / ana.22548. ISSN  1531-8249. PMC  3754947. PMID  22367988.
  19. ^ Frauscher, Birgit; Bartolomei, Fabrice; Kobayashi, Katsuhiro; Cimbalnik, Jan; van't Klooster, Maryse A .; Rampp, Stefan; Otsubo, Hiroshi; Höller, Yvonne; Wu, Joyce Y .; Asano, Eishi; Engel, Jerome (srpen 2017). „Vysokofrekvenční oscilace: stav klinického výzkumu“. Epilepsie. 58 (8): 1316–1329. doi:10.1111 / epi.13829. ISSN  0013-9580. PMC  5806699. PMID  28666056.
  20. ^ Yang, Andrew I .; Vanegas, Nora; Lungu, Codrin; Zaghloul, Kareem A. (2014-09-17). „Vysokofrekvenční aktivita spojená s beta a blokování neuronů beta v subtalamickém jádru Parkinsonovy nemoci“. The Journal of Neuroscience. 34 (38): 12816–12827. doi:10.1523 / JNEUROSCI.1895-14.2014. ISSN  1529-2401. PMC  4166162. PMID  25232117.
  21. ^ Borjigin, Jimo; Lee, UnCheol; Liu, Tiecheng; Pal, Dinesh; Huff, Sean; Klarr, Daniel; Sloboda, Jennifer; Hernandez, Jason; Wang, Michael M .; Mashour, George A. (2013-08-27). „Ráz neurofyziologické koherence a konektivity v umírajícím mozku“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 110 (35): 14432–14437. Bibcode:2013PNAS..11014432B. doi:10.1073 / pnas.1308285110. ISSN  1091-6490. PMC  3761619. PMID  23940340.
  22. ^ Hunt, Mark J .; Olszewski, Maciej; Piasecká, Joanna; Whittington, Miles A .; Kasicki, Stefan (2015). „Účinky antagonistů NMDA receptorů a antipsychotik na vysokofrekvenční oscilace zaznamenané v nucleus accumbens volně se pohybujících myší“. Psychofarmakologie. 232 (24): 4525–4535. doi:10.1007 / s00213-015-4073-0. ISSN  0033-3158. PMC  4646921. PMID  26446869.
  23. ^ Hunt, Mark J; Kasicki, Stefan (17. 7. 2013). „Systematický přehled účinků antagonistů NMDA receptorů na oscilační aktivitu zaznamenaný in vivo“. Journal of Psychopharmacology. 27 (11): 972–986. doi:10.1177/0269881113495117. ISSN  0269-8811. PMID  23863924. S2CID  31344362.
  24. ^ Hunt, Mark Jeremy; Raynaud, Beryl; Garcia, Rene (01.12.2006). „Ketamin v závislosti na dávce indukuje vysokofrekvenční oscilace v nucleus accumbens u volně se pohybujících krys“. Biologická psychiatrie. 60 (11): 1206–1214. doi:10.1016 / j.biopsych.2006.01.020. ISSN  0006-3223. PMID  16650831. S2CID  22548264.
  25. ^ A b Frohlich, Joel; Van Horn, John D. (duben 2014). „Revize modelu ketaminu pro schizofrenii“. Journal of Psychopharmacology (Oxford, Anglie). 28 (4): 287–302. doi:10.1177/0269881113512909. ISSN  1461-7285. PMC  4133098. PMID  24257811.
  26. ^ Phillips, K.G .; Cotel, M.C .; McCarthy, A.P .; Edgar, D.M .; Tricklebank, M .; O’Neill, M.J .; Jones, M.W .; Wafford, K.A. (Březen 2012). „Diferenciální účinky antagonistů NMDA na vysokofrekvenční a gama EEG oscilace v neurodevelopmentálním modelu schizofrenie“. Neurofarmakologie. 62 (3): 1359–1370. doi:10.1016 / j.neuropharm.2011.04.006. PMID  21521646. S2CID  23058003.
  27. ^ Hansen, Ingeborg H .; Agerskov, Claus; Arvastson, Lars; Bastlund, Jesper F .; Sørensen, Helge B. D .; Herrik, Kjartan F. (červenec 2019). „Farmako-elektroencefalografické odpovědi u potkanů ​​se liší mezi aktivními a neaktivními lokomočními stavy“. Evropský žurnál neurovědy. 50 (2): 1948–1971. doi:10.1111 / ejn.14373. ISSN  1460-9568. PMC  6806018. PMID  30762918.
  28. ^ Caixeta, Fábio V .; Cornélio, Alianda M .; Scheffer-Teixeira, Robson; Ribeiro, Sidarta; Tort, Adriano B.L. (2013-08-02). „Ketamin mění oscilační vazbu v hipokampu“. Vědecké zprávy. 3: 2348. Bibcode:2013NatSR ... 3E2348C. doi:10.1038 / srep02348. ISSN  2045-2322. PMC  3731648. PMID  23907109.
  29. ^ Pittman-Polletta, Benjamin; Hu, Kun; Kocsis, Bernat (02.08.2018). „Antagonismus NMDAR specifický pro podjednotky disociuje oscilopatie relevantní pro podtyp schizofrenie související s frontální hypofunkcí a hyperfunkcí hipokampu“. Vědecké zprávy. 8 (1): 11588. Bibcode:2018NatSR ... 811588P. doi:10.1038 / s41598-018-29331-8. ISSN  2045-2322. PMC  6072790. PMID  30072757.
  30. ^ Hunt, Mark Jeremy; Adams, Natalie E .; Średniawa, Władysław; Wójcik, Daniel K .; Simon, Anna; Kasicki, Stefan; Whittington, Miles Adrian (leden 2019). „Čichová žárovka je zdrojem vysokofrekvenčních oscilací (130–180 Hz) spojených se subanestetickou dávkou ketaminu u hlodavců“. Neuropsychofarmakologie. 44 (2): 435–442. doi:10.1038 / s41386-018-0173-r. ISSN  1740-634X. PMC  6300534. PMID  30140046.
  31. ^ Wróbel, Jacek; Średniawa, Władysław; Jurkiewicz, Gabriela; Żygierewicz, Jarosław; Wójcik, Daniel K .; Whittington, Miles Adrian; Hunt, Mark Jeremy (04.11.2020). „Nasální dýchání je nezbytné pro vysokofrekvenční kmity sítě závislé na ketaminu a hyperaktivitu chování u potkanů“. Vědecké zprávy. 10 (1): 18981. doi:10.1038 / s41598-020-75641-1. ISSN  2045-2322.
  32. ^ Turetsky, Bruce I; Hahn, Chang-Gyu; Arnold, Steven E; Moberg, Paul J (únor 2009). „Čichový receptor neuronové dysfunkce u schizofrenie“. Neuropsychofarmakologie. 34 (3): 767–774. doi:10.1038 / npp.2008.139. ISSN  0893-133X. PMC  3524971. PMID  18754006.