Рэндольф Ф. Хелфрич, доктор медицины, доктор философии 1

---

Рэндольф Ф. Хелфрич, доктор медицины, доктор философии 1
[e-mail]
[e-mail]
Калифорния, Беркли, Калифорния 94720-3190, США, телефон: [phone]. электронная почта:
[e-mail]
Тюбинген, 72076 Тюбинген, Германия, телефон: [phone]. электронная почта:
Марк Д'Эспозито, доктор медицины, Баркер Холл, 132, Институт неврологии Хелен Уиллс, Университет
Роберт Т. Найт, MD2,3, Марк Д'Эспозито, MD2,3
Калифорния, Беркли, Калифорния 94720-3190, США, телефон: [phone]. электронная почта:
Рэндольф Ф. Хелфрич, доктор медицинских наук, Институт клинических исследований мозга Херти, Университет
1
Роберт Т. Найт, доктор медицины, Баркер Холл, 130, Институт неврологии Хелен Уиллс, Университет
Контактная информация
1
2
3
,
Институт неврологии Хелен Уиллс, Калифорнийский университет в Беркли, Баркер-Холл, Беркли, Калифорния 94720, США
Кафедра психологии, Калифорнийский университет в Беркли, 2121 Berkeley Way, Беркли, Калифорния 94720, США
Институт клинических исследований мозга Херти, Тюбингенский университет, 72076 Тюбинген, Германия
Методы изучения человеческой памяти
Machine Translated by Google

---

каждый из этих методологических подходов и их сильные и слабые стороны в решении
Абстрактный
активность в каузальном модулировании кодирования, консолидации и извлечения памяти. Здесь мы рассматриваем
2
активность посредством электрической или магнитной стимуляции позволила по-новому взглянуть на роль таких
предоставил более подробное представление о функциональных механизмах крупномасштабных нейронных сетей.
которые обеспечивают формирование памяти. Кроме того, методологические достижения в нашей способности изменять мозг
активность и кратковременные всплески, подключение мозга, крупномасштабные сети, декодирование памяти
нейрофизиологические исследования (МЭГ, скальповая ЭЭГ, внутричерепная ЭЭГ и записи единичных единиц)
Электрофизиология, кодирование популяции без активности, статическое и динамическое кодирование, устойчивое
Мультимодальная визуализация, клиническая неврология, нейропсихологический подход к поражению, внутричерепной
за последние 30 лет множество данных нейровизуализации (ПЭТ и функциональная МРТ) и
Ключевые слова
локализация функции и установление причинно-следственных связей между анатомией и поведением. в
Функция памяти человека. На протяжении десятилетий подход к лечению повреждений служил золотым стандартом в
теоретические вопросы исследования памяти.
Широкий спектр методов расширил наше понимание нейронных механизмов, лежащих в основе
Machine Translated by Google

---

способствует нашему пониманию с точки зрения «где», «когда» и «как» обработка памяти
эпизодической или рабочей памяти, но с точки зрения методов, чтобы описать, насколько разные
1. Введение
подходов, обсудить их преимущества и (недостатки) преимущества, а также выделить, что конкретный метод
процессы. Мы не различаем разные понятия памяти, такие как декларативная, процедурная,
исследования, в которых использовался данный метод, но выделяют несколько основополагающих результатов, демонстрирующих
В главе мы рассматриваем подходы когнитивной нейробиологии к изучению памяти. Мы рассматриваем несколько
как конкретный метод можно использовать для анализа «где», «когда» и «как» памяти
память, кратковременная и долговременная память. Теоретические комбинации этих понятий
уже указывает на то, что память представляет собой многомерный процесс с многочисленными аспектами. В этом
изображения в функции человеческой памяти. Обратите внимание, что мы не предоставляем исчерпывающий список
системы с дальнейшими подразделениями, выполненными в соответствии с предполагаемой функцией, включая рабочие
исследований и обзор нескольких новых аналитических инструментов, которые объединяют информацию из мультимодальных
рассмотреть, как работают все системы памяти. Поэтому мы также обсуждаем данные мультимодальных
) консолидация и поиск. Память обычно группируется в декларативную или процедурную память.
записи с временным разрешением от мкс до часов, ни один метод не может полностью
были разделены на несколько основных концепций и принципов (глава 1/2), включая кодирование (повторное
3
формирование и припоминание представляют собой сложные процессы, которые экспериментально и теоретически
происходит в мозгу человека. Несмотря на всплеск методов, которые варьируются от отдельных единиц до всего мозга
аспекты памяти можно изучать с помощью инструментов когнитивной нейробиологии.
Память представляет собой одну из самых мощных познавательных способностей человеческого мозга. Память
Machine Translated by Google

---

новые воспоминания. В течение следующих нескольких десятилетий нейропсихологи Бренда Милнер и Сюзанна
объем памяти распределяется по крупномасштабным корковым сетям с разными узлами.
2. Конвергентный подход: инструменты когнитивной нейробиологии для изучения памяти человека
В то время как хирургическое вмешательство уменьшило количество припадков, оно также оставило пациента навсегда неспособным формировать
нарушения памяти (рис. 1). Детальное изучение различных когорт пациентов показало, что
нетронутый.
Уильям Сковилл не удалил оба гиппокампа у одного пациента для лечения эпилептического припадка.
Однако существуют многочисленные поражения головного мозга за пределами медиальной височной доли, которые могут вызвать
установить прямую причинно-следственную связь между анатомией и познанием.
История исследований человеческой памяти могла бы повернуться иначе, если бы нейрохирург
семантическое обучение, но его процедурная память и системы рабочей памяти остались в значительной степени
Рыцарь, 2014). До современной нейровизуализации этот подход давал единственную возможность
от антероградной, а также ретроградной амнезии, влияющей на его эпизодическую память, а также новые
Сковилл и Милнер, 1957; Сквайр, 2009). Например, они продемонстрировали, что HM пострадал
в функциональную организацию человеческого мозга (Scoville & Milner, 1957; Szczepanski &
4
дал фундаментальное представление о том, как устроены системы памяти человека (Corkin, 2002;
когнитивный дефицит у пациентов с ограниченными поражениями головного мозга предоставил важные сведения.
поражения (например, травма, ишемический инсульт), ограниченные подкорковые поражения (например, дегенерация
подход (Rorden & Karnath, 2004). За последние несколько столетий систематическая оценка
Коркин очень подробно изучил случай Генри Молисона, или пациента Г. М., и их выводы.
поддерживающие отдельные функции. Например, потеря памяти также может быть вызвана неокортексом.
Изучение памяти человека неразрывно связано с нервно-психическим поражением
Machine Translated by Google

---

клинические наблюдения предоставили единственное средство для разработки нейрокогнитивной модели памяти.
или нейродегенеративные заболевания, поражающие крупные сети мозга, такие как болезнь Альцгеймера (см.
маммилярные тельца, вызванные дефицитом тиамина в питании, что приводит к синдрому Корсакова),
Деменция»). Следовательно, этиология нарушений памяти разнообразна, и на протяжении десятилетий тщательно
Расстройства памяти. (A) Сморщенные маммилярные тела (красная стрелка) при амнезии Корсакова из-за дефицита
тиамина. (B) Инфаркт гиппокампа из-за окклюзии задней мозговой артерии (зеленая стрелка). (C) Глобальная атрофия
при болезни Альцгеймера. Заболевание обычно проявляется антероградной амнезией из-за начальной патологии в
энторинальной коре. (D) Двустороннее геморрагическое повреждение обеих височных долей при фатальной черепно-
мозговой травме (зеленые стрелки). Выжившие имеют остаточные нарушения памяти. (E) Опосредованная глутаматом
потеря нейронов СА1 из-за гипоксии (красная стрелка). (F) Разрушение обеих височных долей у выжившего после
энцефалита простого герпеса (красные стрелки).
Главы 9.2 «Патология болезни Альцгеймера и познание: от нормального старения до клинического состояния».
5
Рисунок 1
Machine Translated by Google

---

Коррелятивные методы:
которые имеют несколько условий; в противном случае дискретные события должны быть разделены по крайней мере 4 с в
В настоящее время существует множество методов изучения человеческой памяти, которые различаются по нескольким параметрам.
2.1 Корреляция против причинно-следственной связи
1997). Последнее требует использования рандомизированных интервалов между стимулами, а также дизайна задач.
экспериментальные события всего за ~30 мс могут быть обнаружены с помощью фМРТ и различных событий, которые
установить причинно-следственную связь, как описано ниже.
расположены настолько близко друг к другу, что 500 мс могут быть распутаны (Kim et al., 1997; Savoy, 1996; Zarahn et al.,
функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) в
В 1990-х годах подход к поражению стал менее важным в качестве инструмента локализации, но все еще используется для
(Д'Эспозито и др., 2009). Несмотря на вялый отклик на ЖИРНЫЙ сигнал, даже краткий
доказательство. Например, с появлением современной нейровизуализации всего мозга с помощью
сенсорный стимул или выполнение движения, и требуется несколько секунд, чтобы вернуться к исходному уровню
и обычно требуется 4-6 секунд, чтобы достичь пиковой величины после короткой экспериментальной манипуляции, т.е.
Здесь мы сгруппировали наиболее важные методы в те, которые обеспечивают корреляционные или причинно-следственные связи.
зависит от уровня оксигенации) реакцию можно смоделировать с помощью функции гемодинамического ответа
нейронная обработка, которая лежит в основе формирования памяти.
анатомической структуры, другие позволяют проследить точную временную эволюцию
Функциональная МРТ (фМРТ): FMRI была введена в начале 1990-х годов. ФМРТ BOLD (кровь
6
важные способы. Хотя некоторые методы больше подходят для локализации функции в заданном
Machine Translated by Google

---

подход, фМРТ обеспечивает более конкретную локализацию (например, рассечение иерархических
различия, влияние нисходящего когнитивного контроля (Gazzaley et al., 2005) и компенсаторного
фиксированный межстимульный дизайн (Burock et al., 1998). ЖИРНЫЙ сигнал обычно состоит из двух
области, пределы объема оперативной памяти; Д’Эспозито и Постл, 2015). В отличие от поражения
общие черты активации мозга (Berman et al., 2006). Кроме того, использование фМРТ межиндивидуально
получено для изображения одной области в мельчайших деталях. Используя фМРТ, исследователи могут объяснить
человека (например, активация представлений долговременной памяти, рекрутирование сенсорных или моторных
структурной и функциональной неоднородности в пределах региона и напрямую сравнивать различия и/или
паттернов активности всего мозга, фМРТ пользуется огромной популярностью как инструмент для изучения человеческого
Память. фМРТ позволила протестировать и напрямую сопоставить различные когнитивные модели памяти в
сканер. Однако за счет охвата всего мозга субмиллиметровое разрешение может быть
фМРТ позволяет визуализировать весь мозг с высоким пространственным разрешением. Благодаря своей способности обнаруживать
и др., 2012). Обратите внимание, что типичный размер вокселя составляет примерно 3x3x3 мм на МРТ 1,5 или 3T.
7
префронтальной коры; Buckner & Petersen, 2006) или гиппокамп (Carr et al., 2010; Wisse
ближе, чем более поздняя положительная часть ответа BOLD (Kim & Duong, 2002).
охвата головного мозга (Shah et al., 2018; Thomas et al., 2008). Кроме того, фМРТ может быть интегрирована
Badre & D'Esposito, 2007) и картирование, например, субрегионов префронтальной коры человека (например,
заметил, что начальный провал ЖИРНОГО ответа, вероятно, указывает на фактическое место нейронной активности.
Исследования на МРТ-сканерах 7T еще больше улучшат это пространственное разрешение и увеличат степень
который обычно используется для обнаружения корреляций с поведенческой задачей. Ранее это было
представительства в префронтальной коре; Коехлин и др. 2003 г.; Коэчлин и Саммерфилд, 2007 г.;
активации во взаимосвязанных сетях могут быть изучены (Rajah & D'Esposito, 2005).
компоненты: во-первых, краткое «начальное падение» и второе большое и более устойчивое ЖИРНОЕ увеличение,
Machine Translated by Google

---

временное разрешение (миллисекунды; обычно частота дискретизации >= 1000 Гц). Пространственное разрешение
генераторы потенциальных источников (Pascual-Marqui et al., 1994; Pesaran et al., 2018; Van Veen et al.,
другими методами, такими как стимуляция мозга, ЭЭГ или фармакологические вмешательства (Mulert &
2017; Биазиуччи и др., 2019 г.; Коэн, 2017; Песаран и др., 2018). Оба метода имеют высокую
Хотя применение методов моделирования источника к данным ЭЭГ и МЭГ высокой плотности может предложить
более высокие частоты (> 30 Гц) и пространственное распространение сигналов, поскольку ток следует по пути
ортогональное магнитное поле, создаваемое внутриклеточными электрическими токами (МЭГ) (Байе,
наименьшее сопротивление.
Магнито- и электроэнцефалография (М/ЭЭГ): М/ЭЭГ — это неинвазивные методы, которые либо
контролировать колебания напряжения электрического поля мозга (ЭЭГ) или соответствующие,
появляться. Череп и кожа не являются идеальными проводниками и, следовательно, способствуют затуханию сигнала в
и возбуждение нейронов) до конца не изучены (Logothethis, 2008).
(~300 датчиков). Задача М/ЭЭГ состоит в том, чтобы сделать вывод, где в мозгу эти электрические паттерны
от 64 до 256 каналов, предлагая количество датчиков, сравнимое с современным MEG
активность. Важным предостережением является то, что нервно-сосудистая связь (ассоциация ЖИРНОГО сигнала
регистрируются всего лишь с 19 датчиков для клинических целей, в то время как исследовательские системы обычно
воздухоносных пазух и сосудистой патологии. Кроме того, фМРТ измеряет только кровоток, а не нейроны.
8
установление причинно-следственной связи, имеет низкое временное разрешение и подвержено артефактам от движения головы,
зависит от количества датчиков, размещенных на черепе или вокруг него. Скальповая ЭЭГ обычно
1997). Однако эти методы пытаются решить обратную задачу, не обладающую
Лемье, 2009). Однако фМРТ также имеет ряд ограничений, в том числе то, что она не позволяет
Machine Translated by Google

---

использовался для понимания временной динамики процессов памяти. Несколько компонентов
модулируется тета-ритмом (Leszczynski et al., 2015; Kerren et al., 2018). Кроме того, ЭЭГ
уникальное решение; то есть любой заданный паттерн сигнала ЭЭГ/МЭГ, измеренный скальпом, может быть результатом
испытания; Удобный, 2005; Удача, 2014; Рагг и Аллан, 2000). И ERP, и спектральный анализ
несколько новых исследований, демонстрирующих, что воспроизведение воспоминаний и мнемоническая реактивация
из инвазивных записей у грызунов, которые показали тесную связь между тета-колебаниями,
активность, называемая потенциалами, связанными с событиями (ERP, требующими фиксированного во времени усреднения по
возбуждение нейронов и мнемонический контент для экспериментов на людях. Спектральный анализ мотивировал
и Бертран, 1999 г.; Теше и Карху, 2000 г.; Каплан и др., 2001; Кахана и др. 2001 г.; Кахана и др.
др., 2006). Вместо этого анализы ЭЭГ были сосредоточены на изучении нейронных нейронов с блокировкой стимула и реакции.
Климеш и др. 1999 г.; Кахана и др., 2001). Как показано ниже, это позволило сблизить результаты
функция памяти, которой практически не уделялось внимания до 1990-х годов (Klimesch 1999; Tallon-Baudry
сигнатуры памяти в основном отражаются в тета (4–8 Гц) или альфа-колебаниях (8–12 Гц);
(Дрю и др., 2006; Перес и Фогель, 2012; Войтек и Найт, 2010). В спектральной области
появились в результате ранних исследований ЭЭГ скальпа, исследования этих колебаний и их роли в
9
активность контралатеральной задержки или положительные компоненты, которые обычно появляются через ~ 250-400 мс
доступны (Biasiucci et al., 2019). Хотя открытие нейронных колебаний (Бергер, 1929)
различные области коры с течением времени (Voytek & Knight, 2010a/b; Johnson et al., 2017).
За последние два десятилетия ЭЭГ скальпа пережила возрождение, поскольку появились новые аналитические инструменты.
Было показано, что ERP индексирует вычисления, связанные с памятью, такие как отрицательная медленная волна,
записи, полученные от пациентов с поражением, позволили выделить вклад
несколько базовых исходных конфигураций.
Machine Translated by Google

---

в совокупности оба метода обеспечивают взаимодополняющие взгляды на лежащую в основе физиологию и имеют
Не-БДГ-сон (NREM) можно определить по нескольким ЭЭГ-электродам кожи головы, учитывая заметные
Несколько недавних теорий предположили, что частотно-специфическая активность нейронов может служить
легко получить; МЭГ менее чувствителен к электромиографическим артефактам (Siems et al., 2016), но
электроокулография (ЭОГ) и электрокардиография (ЭКГ) для выявления отдельных эпизодов сна.
влияние сна на память, включая недавнюю работу по консолидации памяти (см. главу 6.9,
сравнимое количество датчиков с МЭГ. Каждый метод имеет свои преимущества: ЭЭГ может быть больше
«Сон и память»). Техника ПСГ сочетает ЭЭГ скальпа с электромиографией (ЭМГ).
Применение анализа связности показало, что кортикальные сети памяти организованы
тета-ритмами (Sarnthein et al., 1998). В настоящее время записи ЭЭГ высокой плотности предлагают
Полисомнография (ПСГ). Полисомнография стала важным инструментом в изучении
эффективный инструмент для изучения процессов памяти с высоким временным и приемлемым пространственным разрешением.
исследовать.
процессов», в котором содержится подробный обзор литературы по мозговым колебаниям в памяти.
алгоритмы локализации, анализ связности или подходы к декодированию теперь составляют
10
Глава 4.5 «4.5. Колебательные механизмы мозга для формирования памяти – онлайн и оффлайн
широкий диапазон частот и, следовательно, спектральное разложение данных ЭЭГ в сочетании с источником
в соответствии с их характерной формой волны). Быстрый сон труднее обнаружить по ЭЭГ,
Кон и др., 2020 г.; Сигел и др., 2012 г.; Певица и Грей, 1995; Варела и др., 2001). ЭЭГ охватывает
в значительной степени поддержал аналогичные выводы об электрофизиологических коррелятах памяти. Видеть
появление медленных колебаний (МКО; < 1,25 Гц) и колебаний шпинделя (12-16 Гц, называемых
выборочная маршрутизация релевантной для задачи информации в мозге (Engel et al., 2001; Fries, 2015;
Machine Translated by Google

---

и др., 2015). Рябь гиппокампа связана с реактивацией и «воспроизведением» новых
Старесина и др., 2015). Кросс-частотная связь (Canolty & Knight, 2010) обычно описывает
в одиночку (Lendner et al., 2020) на основе биофизического моделирования неколебательной популяционной активности
во время NREM выявили их ключевую роль в консолидации памяти (Rasch & Born, 2013). в
11
(Гао и др., 2017).
модели консолидации активных систем, считается, что иерархически вложенные колебания сна
во время медленного сна (Buzsaki, 1996; Diekelmann & Born, 2010; Rasch & Born, 2013; Skelin et
на основании ЭОГ (быстрые саккадоподобные движения глаз) в сочетании со снижением ЭМГ
связаны с неокортикальными SO и таламокортикальными веретенами через кросс-частотную связь
наблюдение, что фаза более медленной частоты (например, SO) модулирует амплитуду более быстрой
и др., 2019) (см. главу 6.9). Анализ нейронных колебаний с помощью скальповой или внутричерепной ЭЭГ
(Clemens et al., 2007; Helfrich et al., 2019; Latchoumane et al., 2017; Maingret et al., 2016;
амплитуда (атония). В последнее время появилась возможность стадировать быстрый сон по признакам ЭЭГ.
характеристики сигнала имитировали бодрствование (Boyce et al., 2017). Однако за последние три
выученные воспоминания. Воспроизведение описывает явление, при котором имевшаяся схема стрельбы
во время кодирования восстанавливается во время сна (Buzsaki, 2015; Foster, 2017; Skelin et al., 2019;
так как это напоминает картины, наблюдаемые во время бодрствования. Поэтому REM обычно определяется
десятилетий появляется все больше свидетельств того, что воспоминания в первую очередь реактивируются и консолидируются.
Тодорова и Зугаро, 2018). Рябь не возникает изолированно, а вложена, т.е.
После открытия быстрого сна (Азеринский и Клейтман, 1953) сон первоначально
обеспечивают каркас для формирования памяти (Clemens et al., 2007; Rasch & Born, 2013; Старесина
предполагалось, что консолидация памяти в первую очередь происходит во время быстрого сна, учитывая, что
концептуально как чередующаяся последовательность «неактивных» не-БДГ и «активных» эпох БДГ. Это
Machine Translated by Google

---

собирается. Лучше всего удалять каналы в зоне начала припадка или каналы, которые
Куртен, 2001 г.; Rao & Lowenstein, 2015), исследователи используют пациентов в качестве собственного контроля,
регистрировать колебательные сигнатуры во время сна. Новые стратегии анализа данных позволяют проводить детальный анализ
ЭЭГ с высоким пространственным (субсантиметровым) и высоким временным (субмиллисекундным) разрешением. Пациенты
связи, а также отслеживание конкретных представлений памяти из PSG с использованием декодирования
обычно находятся под наблюдением в течение 1-2 недель в больнице, в течение которых назначают противосудорожные препараты.
глубинные электроды (сЭЭГ), нацеленные на медиальную часть височной доли и другие глубокие структуры и/или кору
иерархия, которая, как считается, отражает эндогенные временные системы отсчета (т.е.
поведенческие данные очень похожи на данные здоровых взрослых (Parvizi & Kastner, 2018; Hill et al.,
12
сетчатые/полосковые электроды (электрокортикография; ЭКоГ; рис. 2А). Оба метода регистрируют внутричерепные
2020). Поскольку эпилепсия потенциально может изменить мозговые сети и физиологию (Helmstaedter &
возможность) для своевременной передачи и консолидации информации. ЭЭГ остается идеальным инструментом для
локализация для направления хирургической резекции патологической ткани (Parvizi & Kastner, 2018). К
проявляют эпилептиформную активность до анализа данных (Ammanuel et al., 2020). Хотя пациенты
с височной эпилепсией и склерозом гиппокампа, что составляет примерно два
события (например, шпиндели или рябь). Таким образом, эти три кардинальных колебания сна образуют временную
локализовать зону начала припадка, нейрохирурги имплантируют пациентам стереотаксически расположенные
трети всех больных, часто обнаруживают фоновые дефициты памяти, качественные особенности их
подходы (Helfrich et al., 2019; Schönauer et al., 2017; Zhang et al., 2018) и предоставление
отлучение от груди, и когнитивное тестирование проводится в палате пациента, в то время как непрерывная иЭЭГ
Внутричерепная ЭЭГ (иЭЭГ): иЭЭГ используется у пациентов с фармакорезистентной эпилепсией для начала приступа.
более детальная картина, чем гипнограмма сна.
Machine Translated by Google

---

включают новую оценку роли колебаний в процессах памяти (Kahana et al., 2001).
всплеск населения; Лещинский и др. 2020; Ray & Maunsell, 2011) показали, что этот сигнал
анатомическая локализация по данным фМРТ; анализ во временной области по ЭЭГ/МЭГ).
Несмотря на свои ограничения, iEEG внесла существенный вклад в наше понимание памяти.
относительное пренебрежение
а
iEEG дает возможность оценить вклад подкорковых областей. Несмотря на
процессы и, в частности, роль МТЛ, которую трудно изучать при высоких временных
ассоциации, такие как, например, вклад гиппокампа в зрительное внимание (Slama
не может исключать того, что результаты, полученные в этой популяции, не будут распространяться на здоровых людей. Как
информация) может быть представлена одновременно в разных частотных диапазонах через
также имеет решающее значение для успешного кодирования и воспроизведения памяти. Кроме того, типичная имплантация
и др., 2021).
мультиплексирование (Watrous et al., 2013). Анализ активности высокочастотного диапазона (как суррогат
таким образом, результаты должны быть подтверждены конвергентными доказательствами других модальностей (например,
подкорковый вклад в познание. Внутричерепные исследования ЭЭГ предлагают идеальный инструмент для оценки
В частности, внутричерепные записи показали, что формирование памяти и припоминание связаны с
паттерны региональной синхронизации и десинхронизации (Hanslmayr et al., 2016; Johnson &
13
сравнение нейронной активности в экспериментальных условиях внутри человека. Однако один
вклад подкорковых областей в когнитивные функции, раскрывая ранее недооцененные
Knight, 2015) и где различные типы мнемонической информации (например, пространственная и временная
достижения в локализации источника, неинвазивная М/ЭЭГ смещена в сторону корковой активности, учитывая
разрешение с помощью неинвазивных методов у человека. Ключевые идеи, которые предлагает внутричерепная ЭЭГ
когнитивные функции усилили «корковую близорукость» (Parvizi, 2009) и
пространственная близость. Ошибочное представление о том, что только корковые области вносят вклад в высшую
Machine Translated by Google

---

ограничением является то, что все эти результаты были получены из виртуальных навигационных задач и участников
исследования начали использовать возможность записывать из этих хронически
важность направленной передачи информации для формирования памяти и припоминания (Herweg et al.,
Лега и др., 2012; Джейкобс и др. 2010 г.; Джейкобс и др., 2013 г.; Соломон и др., 2019). В целом, весьма
14
2021; Крагель и др., 2021 г.; Лонг и др., 2017; Миллер и др., 2013; Соломон и др., 2018 г.; Соломон и др.
сопоставимый тета-опосредованный код наблюдался у людей. Несколько строк запроса указывают на то, что
Как и в исследованиях на грызунах, стало очевидным, что тета-колебания модулируют синхронизацию спайков и
подкорковые и корковые сети. Одновременная запись с высоким временным разрешением в
устройства используют хронические внутричерепные записи, которые обнаруживают эпилептиформную активность и
имплантированные электроды и изучение процессов памяти, которые происходят во время навигации в реальном мире
координировать сетевую активность во время виртуальной навигации (Caplan et al., 2003; Kahana et al., 1999;
автоматически запускать электрическую стимуляцию, чтобы нарушить эпилептический паттерн. В последнее время несколько
Префронтальная кора и гиппокамп продвинули наше понимание сетевых механизмов и
Трехмерная пространственная навигация в среде виртуальной реальности для освещения механизмов памяти в
фактически не передвигался свободно.
Новый вариант лечения многоочаговых судорожных припадков, которые не поддаются резекционному лечению.
схемы часто включают двустороннее, широко распределенное размещение электродов, которое может охватывать крупномасштабные
человека как на уровне отдельных нейронов, так и на уровне сети (Ekstrom et al., 2003; Jacobs et al., 2013; ).
хирургии, нейростимулятор, реагирующий на NeuroPace (RNS) (Skarpaas & Morrell, 2009). РНС
др., 2019). Открытие ячеек места и решетки в исследованиях на грызунах (О'Киф и Достровский,
человеческий мозг может иметь большее разнообразие навигационных клеток (Kunz et al., 2021). А
интерес, если подобные явления могут быть обнаружены в человеческом мозгу. Несколько групп начали использовать
1971 год; О'Киф, 1976 год; Фюн и др., 2004 г.; Хафтинг и др. 2006 г.; Сарголини и др. 2006), породил
Machine Translated by Google

---

выводы о нейрофизиологических основах пространственной навигации. Первые выводы подтвердили ключ
фигура 2
(Агаджан и др., 2017). Этот подход представляет собой захватывающую возможность связать грызунов и человека.
(Агаджан и др., 2017; Штангл и др., 2021).
роль тета-колебаний в координации сетевой активности во время реальной пространственной навигации
Глубинные электроды могут содержать дополнительные пучки проводов в своем просвете, что позволяет
регистрировать единичную и множественную активность на кончике глубинного электрода. Панель B изменена
из каталога медицинской продукции Ad-Tech, том VII.
15
Внутричерепное размещение электродов. (A) Примеры внутричерепного размещения электродов ЭЭГ: красные
точки изображают контакты отдельных электродов. В первом ряду показаны три примера часто используемых
решетчатых электродов ЭКоГ с 64 электродами (слева и в центре; 8x8 электродов, расстояние между электродами
1 см) или 256 электродами (справа, 16x16 электродов, расстояние 4 мм). Второй ряд иллюстрирует стереотаксически
размещенные глубинные электроды в гиппокампе (слева), OFC (в центре) и поясной коре (справа). Межэлектродное
расстояние и количество контактов варьируются. Обратите внимание, что контакты электродов присутствуют по
всему стволу, что позволяет одновременно записывать данные из подкорковых и корковых областей, таких как
височная кора (слева) или префронтальная кора (в центре и справа). (Б)
Machine Translated by Google

---

проводится в операционной, далеко не идеальный сценарий для изучения поведенчески-физиологических
исследования с использованием этих методов записи открывают новые возможности для изучения функции памяти в
грызуны (O'Keefe, Dostrovsky, 1971; O'Keefe, 1976; Eichenbaum, 2014; Fyhn et al., 2004;
и др., 2018; Хеффт и др., 2013). Аналогичные данные могут быть зарегистрированы при имплантации DBS (глубокий
16
Фюн и др., 2008 г.; Хафтинг и др. 2006 г.; Макдональд и др., 2011 г.; Сарголини и др. 2006), исследователи
стимуляция головного мозга) электроды у пациентов с болезнью Паркинсона из субталамического ядра
электрода и чаще всего ограничивается MTL и медиальными префронтальными областями (рис. 2B).
уровне у человека (Fried et al., 2014; Ojemann et al., 2014; Rutishauser, 2019). Мотивированный
интерфейсы (Aflalo et al., 2015) или в ткань, которая, вероятно, будет резецирована во время операции по поводу эпилепсии.
на уровне отдельных единиц (Cash & Hochberg, 2015; Rutishauser, 2019).
Имплантация этих дополнительных пучков проводов обычно считается безопасной (Carlson et al.
(Cash & Hochberg; 2015; Truccolo et al.; 2011; Vaz et al., 2020). В совокупности внутричерепные
обнаружение ячеек места, ячеек сетки и ячеек времени как строительных блоков навигационной системы в
пучок проводов (9 проводов; диаметр каждого провода 40 мкм; диаметр электрода сЭЭГ 0,9–1,3 мм).
процессы, дающие только 1-2 нейрона на электрод. Кроме того, несколько групп начали
используйте массивы микроэлектродов (МЭА, также называемые массивом Юта). Эти массивы имплантированы в
Единичная активность (SUA): было введено несколько методов для получения данных на одном нейроне.
через просвет электрода сЭЭГ, который регистрирует единичную активность на кончике глубины
здоровая кора головного мозга пациентов с тетраплегией для получения высококачественных данных для управления мозгом-компьютером
интересовались, руководствуются ли подобные принципы человеческой навигацией. Как было сказано выше, в сети
или черная субстанция (Kamiński et al., 2018). Тем не менее, эксперименты с одной установкой DBS должны быть
головного мозга, было введено несколько подходов. Типичный подход состоит в том, чтобы вставить дополнительный
появились сопоставимые по уровню тета-сигнатуры. Для регистрации единичной активности в организме человека
Machine Translated by Google

---

электрический ток через катушку, индуцируется магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует другое электрическое поле.
единичное очаговое поражение головного мозга, которое может быть следствием различной этиологии. Однако степень поражения
Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС): ТМС была разработана в конце 1980-х гг.
и этиология часто различны, и их необходимо принимать во внимание при принятии выводов на
инвазивно стимулируют мозг и измеряют кортикоспинальную активность во время операций на позвоночнике. Этот
может служить контролем у пациентов с односторонним поражением головного мозга (Voytek et al., 2010; Vaidya et al.,
Подход к поражению: изучение пациентов с поражениями головного мозга дало важные сведения о
через последовательность импульсов временно нарушает функцию стимулируемой коры (Pascual-Leone et al.
2019).
17
человеческая память (Szczepanski & Knight, 2014; Vaidya et al., 2019). Этот подход требует
обычно используют два типа контроля: 1) поведенческие или нейронные показатели пациента можно сравнить с
поле в мозгу. Влияние ТМС на кору зависит от силы тока, формы катушки и
ориентации, а также о текущем состоянии мозга. Типичное применение ТМС в когнитивных
Причинные методы:
те, кто входит в здоровую контрольную группу того же возраста, или 2) нейронные показатели в здоровом полушарии
неврология - это «подход к виртуальному поражению», когда одиночный импульс или повторяющаяся стимуляция
групповой уровень. Кроме того, по мере увеличения времени, прошедшего с начала поражения, возрастает вероятность
метод использует взаимодействие электрических и магнитных полей: путем передачи
к проходящим волокнистым трактам, что еще больше усложняет функциональную локализацию. При исследовании повреждений можно
что может произойти функциональная реорганизация. Кроме того, дефицит памяти может быть результатом повреждения
Machine Translated by Google

---

для познания, и несколько методов стимуляции были разработаны для модуляции нейронов.
позволяет установить причинную роль колебаний мозга для памяти и познания (Herrmann et
Первоначально ТМС использовалась как мощный инструмент для кратковременного нарушения активности в области коры головного мозга.
данный когнитивный процесс (Wassermann et al., 2008; Yeh & Rose, 2019; Bergmann et al., 2021;
изучить его вклад в конкретную функцию (Pascual-Leone et al., 2000). Несколько стимуляции
Питчер и др., 2021).
активность, превышающая продолжительность стимуляции. Впоследствии эти протоколы были доработаны,
в настоящее время используется в различных фундаментальных науках (Ruff et al., 2009) и клинических (Rossi et al., 2009)
частотно-специфическая нервная активность путем стимуляции (называемая нервным вовлечением = направленная
18
что привело к их широкому использованию в качестве инструмента для исследования причинной функции области коры для
синхронизация через внешнюю движущую силу) представляет собой мощный подход, поскольку он
Приложения.
2011), или применение коротких импульсов стимуляции в диапазоне тета-частот 3–8 Гц (упоминается
обработку частотно-зависимым образом (Hanslmayr et al., 2014; Riddle et al., 2019; Thut,
Веньеро и др., 2011). Например, TMS с настройкой частоты используется для выборочного возмущения или
др., 2000). TMS претерпел несколько технологических усовершенствований и инноваций и
как стимуляция тета-всплеска; Хуанг и др., 2005 г.; Ziemann 2017), вызывая возмущение корковых
модулировать функцию в регионе или сети (Hanslmayr et al., 2019). Синхронизация
были разработаны протоколы либо для торможения, либо для возбуждения лежащей в основе коры. В познавательном
Многочисленные данные свидетельствуют о том, что ритмы мозга и популяционная синхронность играют важную роль.
обработка на протяжении всей стимуляции (Thut & Pascual-Leone, 2010; Censor & Cohen,
неврология, первоначальные подходы стимулировались импульсами, непосредственно воздействующими на кору головного мозга.
Machine Translated by Google

---

интенсивность постоянного тока (tDCS; транскраниальная стимуляция постоянным током) через мозг слегка
19
области, такие как гиппокамп, могут быть стимулированы. Тем не менее, несколько недавних отчетов
Транскраниальная электрическая стимуляция (tES): исследователи используют стимуляцию током низкой интенсивности.
продемонстрировали, что на гиппокамп можно влиять косвенно. Например, стимуляция
(обычно <= 2 мА) для модуляции нейронной активности ниже порога потенциалов действия (Nitsche
и является ярким примером того, как один и тот же метод можно использовать несколькими способами для информирования
состояния сети без активности (Rose et al., 2016) (см. ниже раздел 3.2).
может модулировать когнитивные процессы и улучшать функцию памяти (Hill et al., 2016). На основе
изучение памяти человека.
идея о том, что паттерны электрической активности, такие как тета-колебания (4-8 Гц), причинно вовлечены в
Недостатком ТМС является то, что только корковые области, близкие к черепу, а не подкорковые
динамика в поддержку формирования памяти (Nilakantan et al., 2019).
сдвигает мембранный потенциал покоя вверх или вниз, что приводит к увеличению или уменьшению
корковая возбудимость. Последующие исследования показали, что эта точка зрения является чрезмерно упрощенной.
др., 2016; Тут и др., 2011). Совсем недавно TMS по-новому использовалась для вывода скрытых или
В течение двух десятилетий ТМС претерпела значительные изменения как инструмент когнитивной неврологии.
(Бацикадзе и др., 2013; Джордано и др., 2017). Однако многочисленные исследования показали, что tDCS
теменные области, которые непосредственно связаны с гиппокампом, влияют на обработку гиппокампа
и Паулюс, 2000). В частности, результаты Ницше и Паулюса показали, что прохождение низкого
и сетевых изменений и представляет собой ценный инструмент для неинвазивной модуляции гиппокампа.
(Тамбини и др., 2018; Ван и др., 2014). Это вмешательство вводит длительные поведенческие
Machine Translated by Google

---

исследовали эффекты хронического DBS гиппокампа (Boëx et al., 2011; McLachlan et al.,
записи с возможностью стимуляции с обратной связью (Suthana et al., 2018).
теории линейных систем и подразумевает, что нейронные колебания могут быть увлечены внешним
дефицит из-за двигательных расстройств, таких как болезнь Паркинсона или эссенциальный тремор (Бронштейн и др.).
движущей силой (Thut, Schyns, et al., 2011). Для захвата требуются два узкополосных осциллятора, один
др., 2011). Совсем недавно он также изучался как инструмент для лечения эпилепсии и психических расстройств.
(Asamoah et al., 2019; Lafon et al., 2017; Vöröslakos et al., 2018).
стимуляция током (tACS) может производить селективную частотно-специфическую модуляцию нейронов.
Недостатком этих исследований было то, что мгновенные данные о состоянии мозга часто не удавались.
20
Глубокая стимуляция мозга (DBS): DBS изначально разрабатывалась как терапевтический инструмент для лечения
возможный. Недавно представленный прибор NeuroPace RNS сочетает в себе непрерывную внутричерепную ЭЭГ
активности (Helfrich et al., 2014; Polanía et al., 2012; Zaehle et al., 2010).
причинно-следственная связь между колебаниями мозга и поведением (Hanslmayr et al., 2019; Herrmann et al.,
2010 г.; Миаттон и др., 2011; Velasco et al., 2007), влияние на память часто не
значительным, особенно по сравнению с протоколами стимуляции, которые выполнялись только во время
обработки информации (Kahana et al., 2001; Colgin 2013), исследования показали, что чередование
2016). Методы ТЭС совершенствуются, и точный механизм действия активно обсуждается.
определенные этапы задачи, такие как периоды кодирования или извлечения задач памяти. А
во входном потоке и тот, который управляется, которые взаимодействуют через направленную синхронизацию
расстройства, такие как обсессивно-компульсивное расстройство (Mayberg et al., 2005). В то время как несколько исследований
модуляция синхронности популяции нейронов оказывает прямое влияние на поведение, устанавливая
(Пиковский и др., 2003). В частности, работа Polania et al. свидетельствует о том, что селективный
Machine Translated by Google

---

Прямая электрическая стимуляция (DES): можно проводить прямую электрическую стимуляцию коры головного мозга.
интенсивность (0,5–2 мА) для модуляции обработки нейронов. Несколько исследований используют это
др., 2014). Эти зонды часто также фиксируют активность соседних ядер, таких как медиальное ядро.
размещаются в центральных узлах памяти. Чтобы проверить более непосредственные эффекты DBS, несколько
дорсальное (MD) ядро, которое имеет заметные связи с префронтальной корой и может
группы использовали прямую электрическую стимуляцию во время инвазивного мониторинга ЭЭГ, что более
адаптированы к конкретным фазам кодирования, консолидации или поиска, но довольно часто
нацелены на переднее ядро (ANT) таламуса, чтобы стимулировать восходящие пути к
высокие интенсивности в диапазоне от 4-10 мА для нарушения обработки нейронов. В познавательном
21
определил клинический протокол. Кроме того, электроды для хронического DBS не обязательно
В экспериментах интенсивность стимуляции обычно регулируется до значений ниже клинической карты.
лечения судорог при мультифокальной фармакорезистентной эпилепсии (Peräkylä et al., 2017; Sweeney-Reed et al.
В совокупности сообщаемые эффекты хронического DBS на обработку памяти и когнитивные функции
либо во время операции на головном мозге, либо в отделении мониторинга эпилепсии (Selimbeyoglu & Parvizi, 2010).
Как правило, электрическое картирование «красноречивой» коры (т. е. речевых и моторных областей) выполняется до
В контексте памяти другой распространенной мишенью является таламус. Например, несколько исследований
производительность была смешанной. Основным недостатком всех исследований было отсутствие стимуляции.
эпилепсия или резекция опухоли. Во время картирования кора стимулируется относительно
играют ключевую роль в координации крупномасштабных сетей памяти (Schmitt et al., 2017). На сегодняшний день,
регулярно нацелены на области, которые имеют отношение к формированию памяти.
2012 г.; Трестер и др., 2017).
специфические для стимуляции результаты воздействия на когнитивные функции, такие как память, остаются сомнительными (Oh et al.,
Machine Translated by Google

---

(Эззиат и др., 2018). Например, упомянутое выше устройство RNS обеспечивает стимуляцию
производительности памяти или для облегчения снижения памяти у пациентов, страдающих от потери памяти.
таких как энторинальная кора или гиппокамп (Ezzyat et al., 2017; Fell et al., 2013; Hansen et al.
вопрос) или этап точной задачи (Titiz et al., 2017). Для преодоления некоторых из них
и др., 2018; Хан и др., 2019; Mankin & Fried, 2020), но модулирующие эффекты также были обнаружены.
ограничений (Suthana et al., 2018), в нескольких недавних исследованиях использовался подход с обратной связью, где
выводы, утверждалось, что эффекты стимуляции могут зависеть от
и др., 2016; Куцевич и др., 2018; Манкин и Фрид, 2020; Сутана и др., 2012). Для того, чтобы
модулировать процессы памяти человека in vivo (Hanslmayr et al., 2019), однако дополнительная работа
22
производительность на исходном уровне, текущее состояние сети, место стимуляции (например, белый или серый
необходимо уточнить, где, когда и как следует проводить стимуляцию для надежного повышения
изучали человеческую память, электрическую стимуляцию применяли к медиальным структурам височной доли,
демонстрируя улучшение памяти (Suthana et al., 2012), в то время как другие наблюдали
при обнаружении эпилептического разряда. В контексте изучения памяти стимуляция
могут быть адаптированы к тета-функциям (мощности или фазе) для модуляции текущей активности в замкнутом цикле.
подход и сочетать когнитивное тестирование с DES (Ezzyat et al., 2017; Fox et al., 2020; Jacobs
пагубные последствия стимуляции (Jacobs et al., 2016). В попытке примирить разногласия
мода. В совокупности все эти исследования показывают, что стимуляция представляет собой многообещающий способ
наблюдается после стимуляции других структур лимбической системы, таких как свод (JP Miller
стимуляция подбирается индивидуально в соответствии с мгновенным электрофизиологическим состоянием мозга
(Инман и др., 2018). На сегодняшний день экспериментальные данные неоднозначны, некоторые исследования
et al., 2015), латеральная височная кора (Ezzyat et al., 2017; Ezzyat et al., 2018) или миндалевидное тело.
Machine Translated by Google

---

сильные токи через череп, как правило, под общей анестезией. Это мощное средство для лечения
между обучением и ЭСТ увеличивается, результирующая ретроградная амнезия уменьшается (Squire et
эффекты стимуляции пространственно более ограничены. На сегодняшний день протоколы стимуляции часто
требует дополнительной имплантации микропроводов в дополнение к макроэлектродам, этот подход
были вдохновлены протоколами, которые были впервые применены к животным и, как было доказано, вызывают длительные
на сегодняшний день не получил широкого распространения.
продемонстрировали, что микростимуляция может влиять на обучение с подкреплением (Ramayya et al., 2014)
проведение слаботочной электростимуляции с помощью микроэлектродов (типичный диаметр <100 мкм по сравнению с
1984). Они заметили, что ЭСТ вызывала глубокую, но временную амнезию для предыдущих
23
а также специфичность памяти для новых предметов (Titiz et al., 2017). Учитывая, что микростимуляция
сеансы тестирования. Более того, они показали, что обучение навыкам сохранилось. Как интервал
>1 мм в DBS/DES). Основным преимуществом этого подхода является то, что пространственный таргетинг упрощается, поскольку
На сегодняшний день большинство доказательств получено в результате экспериментов на животных (Fetsch et al., 2014; Logothetis et al., 2010).
фармакорезистентная депрессия (Pagnin et al., 2004), но также может иметь долгосрочные пагубные последствия.
влияние на познание и память (Sackeim, 2000). В серии экспериментов Сквайр и
Микростимуляция: в отличие от обычного DBS или DES, микростимуляция осуществляется через
Совсем недавно несколько групп впервые применили этот подход на людях (Schmidt et al., 1996) и
коллеги изучали влияние ЭСТ на производительность памяти (Squire, 1977; Squire et al., 1976,
термин пластичность, например стимуляция тета-всплеска (Histed et al., 2013). Критически, и в отличие от DBS,
Электросудорожная терапия: ЭСТ — это клиническая процедура, предназначенная для вызова припадка путем применения
считал, что микростимуляция имитирует естественные условия, которые способствуют пластичности мозга. К
Интенсивность стимуляции находится в диапазоне токов физиологического уровня (~150 мкА). Следовательно, это
Machine Translated by Google

---

А) субъекты не закрепляют эти воспоминания. ЭСТ не повлияла на нереактивированные воспоминания.
нарушение памяти (см. главу 9.8, «Память, депрессия и тревога»).
активное состояние) и реконсолидацию (стабилизацию следа памяти).
информации (Kroes et al., 2014; рис. 3), таким образом, еще больше поддерживая реконсолидацию
В прошлом ЭСТ использовалась как инструмент для изучения ретроградной амнезии с временной градацией (Cohen
гипотеза. Как правило, субъекты испытывают пользу от реактивации (по сравнению с контрольной группой).
Недавняя работа объединила поведенческое тестирование перед ЭСТ для изучения консолидации памяти.
сообщить, когда произошло событие. Более того, в последнее время эта основополагающая работа была расширена за счет исследований
недостатком является то, что метод может быть применен только у субъектов, которым прописана ЭСТ в качестве
24
демонстрируя, что ЭСТ выборочно нарушает консолидацию памяти недавно реактивированных
лечение медикаментозно-резистентной депрессии, которая сама по себе уже часто связана с
консолидации к исследованиям, направленным на реактивацию (информация доводится от неактивного до
открытие подтвердило представление о том, что с течением времени воспоминания подвергаются процессу консолидации.
(Крус и др., 2014). Таким образом, ЭСТ можно использовать как инструмент для изучения временной эволюции
воспоминания. В зависимости от плана эксперимента, исследования с использованием ЭСТ в качестве вмешательства могут
др., 1976). Таким образом, после ЭСТ пациент может точно описать прошедшее событие, но не сможет
(Франкленд и Бонтемпи, 2005; Винур и Москович, 2011).
распутать временной ход формирования памяти, консолидации и реактивации. критический
и Сквайр, 1981; Девананд и др., 1995; Сквайр и др., 1975; Сквайр и др., 1976). Используя это
группа С, не получавшие ЭСТ). Однако, если воспоминания реактивируются непосредственно перед ЭСТ (группа
воспоминания. Например, воспоминания, которые были приобретены много лет назад, пострадали меньше. Этот
подход, было замечено, что ЭСТ влияет на недавние воспоминания более глубоко, чем на прошлые.
Machine Translated by Google

---

Рисунок 3
Каждый из представленных выше методов имеет сильные стороны и ограничения, такие как
2.2 Интеграция различных нейробиологических методов
Проверка консолидации памяти после ЭСТ. Пациенты с фармакорезистентной депрессией, перенесшие ЭСТ,
были случайным образом распределены в одну из трех групп (только группы А и В получали ЭСТ). До ЭСТ
повторно активировалась одна из двух ранее изученных ассоциаций памяти (сплошные и пустые столбцы).
Как и ожидалось, память для повторно активированных предметов улучшилась по сравнению с
нереактивированными, но только в группе С, которая не получала ЭСТ. В группе А, которая получила ЭШТ
после повторной активации, но была протестирована после 24-часовой задержки, производительность упала
до случайности и ниже, чем у нереактивированных предметов. Критически важно, что группа B была
протестирована через 90 минут, и реактивированные воспоминания остались незатронутыми. Этот вывод
свидетельствует о специфическом нарушении зависимого от времени процесса консолидации ЭСТ. Схема
согласно выводам, описанным (Kroes et al., 2014).
временное разрешение фМРТ, ограниченное пространственное разрешение М/ЭЭГ или неопределенность
25
Machine Translated by Google

---

Исследования повреждений наиболее эффективны, если поведенческое тестирование сочетается с ЭЭГ или фМРТ.
субъекты (контрольная группа) показали лучшие результаты, чем пациенты с поражением, однако даже пациенты с поражением префронтальной коры
Чтобы устранить эти ограничения, исследователи могут объединить данные из нескольких нейробиологических исследований.
потенциально в некоторой степени преодолеть это ограничение (Dalal et al., 2013). Так же, одновременный
26
методы, ведущие к расширенному выводу на групповом уровне. Одним из успешных подходов является объединение
фМРТ или ЭЭГ, а также транскраниальная магнитная стимуляция страдают от одновременных артефактов, которые
быть получено из нескольких областей мозга сети и не позволяет охватить весь мозг
выводы, связанные с вариабельными поражениями, поврежденной нервной тканью и реорганизацией мозга
предъявлялись два визуальных элемента, которые они должны были запомнить в течение нескольких секунд, а затем должны были
выполнено значительно выше случайного (верно ~85 %; уровень вероятности: 50 %; рис. 4) (Johnson et al.
(но см. исключение в Solomon et al., 2017). Одновременная иЭЭГ и фМРТ или М/ЭЭГ могут
сделать суждение о второй паре по отношению к первой. Как и ожидалось, здоров
(Д'Эспозито, 2010).
сети во время кодирования памяти, обслуживания или вызова (Hanslmayr et al., 2011; Herweg et al.,
напрямую связывают их дефицит с физиологическими записями (Vaidya et al., 2019).
Этот мультимодальный подход недавно был использован для исследования работы, зависящей от сети.
физиологическая эффективность неинвазивной стимуляции мозга. Кроме того, исследования пациентов включают
2016; Шеринга и др., 2008). Хотя иЭЭГ имеет высокое пространственно-временное разрешение, данные могут
функции памяти у больных с префронтальными повреждениями. Пациенты и здоровые контроли были
фМРТ и ЭЭГ (Mulert & Lemieux, 2009). Пусть и коррелятивной, сочетающей локализацию
введенные в записи магнитными импульсами (Ruff et al., 2009; Thut et al., 2011).
активность в тета/альфа/бета-диапазоне обеспечивает функциональный механизм связывания MTL и PFC
информация от фМРТ с информацией о времени от ЭЭГ показала, что частотно-специфические
Machine Translated by Google

---

повреждение ослабило префронтально-зависимую тета-сеть (4-8 Гц), но оставило теменно-затылочную
альфа/бета-сеть в большей степени, чем префронтальная тета-сеть. Хотя технически сложно,
др., 2017). Одновременный анализ скальповой ЭЭГ и сетевого анализа показал, что префронтальная
способности выполнять задачи, Джонсон и др. пришли к выводу, что рабочая память зависит от теменно-затылочной
27
Двунаправленная лобно-теменная связь поддерживает рабочую память. (А) Поведенческие результаты. Показатели
воспроизведения памяти были лучше у здоровых людей, чем у пациентов с поражением префронтальной коры, но у
пациентов показатели были намного выше случайного уровня (0,5). (B) Схематическая иллюстрация двух различных
двунаправленных систем, поддерживающих WM. В то время как восходящая система (позади к префронтальной коре; от
фиолетового к зеленому) в альфа-/бета-диапазоне оставалась интактной у пациентов с префронтальной корой, нисходящая
префронтально-зависимая дельта-/тета-система у пациентов была ослаблена. Учитывая, что пациенты с поражением
префронтальной коры по-прежнему демонстрировали способность решать задачи, можно предположить, что восходящая
система может быть достаточной для WM, тогда как нисходящая система — нет, возможно, оказывая лишь умеренное
модулирующее влияние на производительность.
монометодические исследования.
альфа/бета-сеть (10-30 Гц) не повреждена. Учитывая, что пациенты все еще демонстрировали некоторую степень
Рисунок 4
интеграция информации с помощью нейробиологических методов дает значительные преимущества по сравнению с
Machine Translated by Google

---

3.1 Активация против представления
узоры.
ассоциативные области неокортекса сообщили, что субъекты могут удерживать информацию в уме.
эти методы использовались для изучения человеческой памяти. Как последующие главы
без заметной активации коры (Stokes, 2015); таким образом, поднимая вопрос о том,
руководство предоставляет подробные обзоры в конкретных областях, наша цель здесь - предоставить общее
В этом разделе мы рассмотрим, как методологические инструменты, описанные выше, расширили наши возможности.
к различиям в ЖИРНЫХ сигналах, потенциалах, связанных с событиями, или частоте возбуждения нейронов путем сопоставления
Все эти инструменты направлены на определение пространственно-временных паттернов (представления) памяти.
шаблоны действий для запомненных и забытых предметов. Тем не менее, ряд исследований, посвященных
28
Современные представления о функции памяти. В частности, мы приводим наглядные примеры того, как
Д'Эспозито, 2003 г.; Фустер и Александр, 2001; Голдман-Ракик и др., 1995; Миллер и Коэн,
информационно-теоретические инструменты (Quian Quiroga & Panzeri, 2009) для анализа декодирования
Для решения этого вопроса было использовано несколько новых аналитических инструментов, начиная от
3. Аналитические подходы к пониманию человеческой памяти
2001 г.; Пастернак и Гринли, 2005). Например, процессы кодирования памяти были связаны
(Grootswagers et al., 2017) и анализ репрезентативного сходства (Kriegeskorte et al., 2008).
обзор того, как новые стратегии анализа сформировали наше представление о человеческой памяти.
мнемонические представления могут быть закодированы в крупномасштабной синаптической зависимой связности
Традиционно исследователи делали вывод об обработке памяти на основе паттернов активности (Curtis &
Machine Translated by Google

---

Framework также позволяет количественно определять модели подключения распределенных сетей (Эйхенбаум,
прогресс, в настоящее время невозможно визуализировать нейронные сети на уровне синапсов в
поддерживается за счет быстрых сдвигов синаптических весов в локальных нейронных сетях (Stokes, 2015;
информации (Kriegeskorte et al., 2008). Собирая информацию из нескольких сигналов мозга,
Вольф и др., 2017). В этой структуре предлагается кодирование новой информации для запуска
этот подход предлагает большую статистическую мощность для обнаружения тонких различий. Более того,
увеличение активности по сравнению с исходным уровнем, который часто используется в одномерных анализах), но связывает
3.2 Новые инструменты приводят к новым представлениям о человеческой памяти
Концепция молчаливого кодирования постулирует, что мнемоническая информация может быть закодирована в мозгу, но в
Кодирование без активности: Кодирование без активности предполагает, что мнемоническая информация может быть
29
общий наблюдаемый паттерн в пространстве (каналы или воксели) и/или во времени до мнемоники
основе и показать, как использование новых аналитических инструментов сформировало наше понимание
предполагает, что смещение синаптических весов не связано с изменением общего
люди, следовательно, Wolff et al. разработал косвенный подход к обнаружению краткосрочной пластичности. Этот
процессы. В этой структуре представление не требует активации как таковой (как определено как
обработка памяти.
паттерн активности, наблюдаемый с помощью фМРТ или М/ЭЭГ (Stokes, 2015). Другими словами, активность
репрезентация может не только повлечь за собой модель совместной деятельности в нескольких пространственных положениях, но и
кратковременная пластичность, способствующая изменению синаптических весов. Однако, несмотря на техническую
2017; Юсте, 2015). Ниже мы обрисовываем несколько последних концепций, которые выходят за рамки активационного
Machine Translated by Google

---

функция лежащего в основе состояния мозга (аналогично модуляции эхо-частоты сонара после
и что мнемоническая информация может быть закодирована в профилях подключения на уровне синаптических
косвенно делать выводы о содержании воспоминаний из скрытых или латентных корковых состояний концептуально
исследует дно океана, используя повторяющиеся звуковые волны. Они обеспечивали повторный сенсорный ввод
Отсюда авторы пришли к выводу, что в зависимости от содержания памяти преходящее возмущение
аналогично оценке ненаблюдаемого морского дна (Sreenivasan & D'Esposito, 2019).
(отражая сигнал сонара) в мозг (Wolff et al., 2017), а затем записывали нейронные
подход, который использовался для вывода этих скрытых состояний сети, Вольф и его коллеги разработали
(Вольф и др., 2017). Критически важно, что ответ сети (эхо) различался в зависимости от элемента.
различаются в зависимости от содержимого памяти. Сохраняя внешний импульс одинаковым, можно
30
хранится в памяти и индексирует лежащее в основе корковое состояние. Такой подход дает возможность
вывести текущее состояние сети (и косвенно мнемонический контент) из вызванного ответа.
подход «пингования» (показан на рисунке 5A). Этот метод можно сравнить с корабельным гидролокатором, который
неинформативный высококонтрастный визуальный стимул (аналог излучаемых звуковых волн), который
В связанном исследовании Роуз и др. (2016) использовали импульс ТМС вместо визуального стимула, но ключевым
веса в распределенных сборках ячеек.
латентное состояние, которое не может быть непосредственно определено путем изучения паттернов явной активности. В романе
представлен в течение периода задержки, когда информация хранится в памяти для проверки сети
идея осталась прежней: зондирование сети и считывание ее ответа (эхо), которое должно
ответ (отражающий эхо сонара). Вольф и др. рассудил, что ответ будет модулироваться как
Ключевая интерпретация этого открытия заключается в том, что воспоминания могут храниться в состояниях «без активности».
обнаружен объект на дне океана). В своем эксперименте Wolff et al. подход использует
Machine Translated by Google

---

Статическое и динамическое кодирование. Концепция статического и динамического кодирования возникла непосредственно в
в памяти (рис. 5).
приведет к отчетливому сетевому ответу, следовательно, предлагая мгновенное считывание хранящихся предметов
Как вывести латентные состояния через возмущение. (A) Схема подхода «пингования»: один постоянный импульс в
сети может генерировать дифференциальные ответы (R1 и R2) в зависимости от мгновенной конфигурации сети.
Точная сеть зависит от содержимого памяти. (B) Данные эксперимента с сенсорными возмущениями: существует
значительная декодируемость после предъявления стимула, которая, однако, возвращается к исходному уровню
примерно через 800 мс. Однако субъекты по-прежнему удерживают одну и ту же мнемоническую информацию, что
поднимает вопрос, почему эта информация недоступна для стратегий декодирования. (C) Если неинформативный,
высококонтрастный визуальный стимул предъявляется во время недекодируемости, чтобы возмутить систему, то
можно успешно «считывать» содержимое рабочей памяти. Это открытие указывает на то, что можно расшифровать
скрытые состояния из возмущения сети, предполагая, что точный сетевой шаблон содержит информацию,
специфичную для контента. Панели рисунков B и C воспроизведены с разрешения (Wolff et al., 2015) в соответствии
с лицензией Creative Commons Attribution (CC BY).
может обнаруживать уникальные шаблоны в многомерных наборах данных, поэтому его часто называют многомерным шаблоном.
Рисунок 5
31
многомерный анализ данных мозга. Многофакторный анализ отражает разнообразный набор алгоритмов, которые
Machine Translated by Google

---

данные могут принимать решения между различными стратегиями нейронного кодирования, которые кажутся идентичными при
будет означать «стабильное» кодирование. Напротив, если производительность классификатора падает на случайность, то один
присутствует при кодировании воспоминаний в более раннее время остается неизменным в более позднее время
между электродами в ответ на стимул А отличается от паттерна в ответ на стимул В). Этот
(Кинг и Дехане, 2014). Если классификатор по-прежнему работает значительно лучше, чем случайность, то один
подход обычно используется, когда нет очевидной разницы в среднем ответе (ERP к
алгоритмы чувствительны к тонким различиям. Основное отличие от однофакторного анализа заключается в том, что
правильно классифицировал больше испытаний, чем ожидалось случайно.
В контексте исследования памяти MVPC использовались для проверки того, является ли нейронный паттерн, который
классификаторы шаблонов могут различать различия в конфигурации (например, в пространстве: шаблон
(где классификатор знает, какое испытание относится к какому условию) и «тестовый» набор данных, к которому
«динамический» (рис. 6).
можно сделать вывод, что представление должно было измениться, т. е. схема нейронного кодирования изменилась.
классификаторы (MVPC) или анализ (MVPA) (Haxby, 2012; Hebart & Baker, 2018). Эти
применяется классификатор. По сравнению с земной истиной можно сделать вывод, если классификатор
32
стимул A = ERP для стимула B) (Grootswagers et al., 2017). Многофакторный анализ нейронных
можно сделать вывод, что общая картина, которая различает оба состояния, не изменилась, что
одномерные показатели. Анализ MVPC всегда требует разделения данных на «обучающий» набор данных.
Machine Translated by Google

---

Принципы использования классификации для оценки статических и динамических нейронных кодов. Временная
матрица перекрестного обобщения (нижний ряд) отображает взаимосвязь времени обучения и тестирования. Если
временной код специфичен для определенного момента времени, то значимое декодирование будет наблюдаться
только в том случае, если декодер обучен и протестирован в одни и те же моменты времени (панели 1 и 3). Это видно по
значительному «по-диагональному» декодированию. Эта изменяющаяся во времени схема кодирования также
называется динамическим кодированием. Напротив, если наблюдается значительное «недиагональное» декодирование
(панели 2 и 6), то обучение в один момент времени можно обобщить на другой момент времени тестирования,
предполагая, что нейронный код остался прежним (или статичным). Возможны несколько дополнительных сценариев,
которые отражают варианты статической и динамической структур (например, временная селективная реактивация:
панель 4; колебательная модуляция кодирования: панель 5; временное размытие, поскольку когнитивные процессы не
идеально согласованы между испытаниями: панель 7).
Эта концепция предполагает, что нейроны или популяции нейронов в ассоциативной коре могут
Рисунок 6
(Рисунок 7) .
(контекст 2). Утверждалось, что смешанная избирательность может отражать тот факт, что разные сети
33
ответ на стимул только во время пассивного узнавания (контекст 1), но не во время активного припоминания
уровне нейронов, но может быть важной концепцией для понимания человеческой памяти (Ekstrom et
Смешанная избирательность: смешанная избирательность описывает контекстно-зависимое кодирование информации.
сборка посредством нейронной синхронии (Saxena & Cunningham, 2019). Другими словами, нейроны могут
др., 2003; Риготти и др., 2013). Например, Риготти и др. показали, что один и тот же нейрон срабатывает в
участвовать в нескольких процессах. На сегодняшний день смешанная селективность наблюдалась только на одном
состояния служат различным когнитивным функциям, и что нейроны рекрутируются во временную клетку
Machine Translated by Google

---

синхронно активные нейроны. Это представление противоречит классической теории нейронов, рассматривавшей
Сигель и др., 2012). В контексте памяти эта идея подразумевает, что нейрон может кодировать больше
участвовать в различных сетях, которые формируются посредством нейронной синхронии (Fries, 2015;
информация может зависеть от того, рекрутируется ли конкретный нейрон во временную коалицию
34
Смешанная избирательность и возможность подключения к сети. (A) Активность, зависящая от контекста: черная
стрелка указывает на то, что имеется только значительная активация в ответ на стимул A в контексте 1, но не в
контексте 2. Нет ответа на стимул B ни в одном контексте. (B) Разные нейроны могут участвовать в разных операциях
в зависимости от когерентности сети, когда несколько канонических вычислений могут быть отображены в одной
и той же сети в зависимости от организации сети на конкретной частоте. Панель B суммирует данные Buschman et
al. (Бушман и др., 2012).
чем одна порция информации. Схема кодирования может быть динамической, а точное кодирование
широкий спектр поведения (Юсте, 2015).
Рисунок 7
нейроны как детекторы пассивных признаков, а скорее предполагает, что один нейрон может вносить вклад в
Machine Translated by Google

---

условной отрицательной вариации (Walter et al., 1964), которые успешно оценивались в
это отражает «сохранение воспоминаний» (EK Miller & Cohen, 2001). Более свежие доказательства
Бертран, 1999). В контексте памяти в испытании наблюдались устойчивые ответы.
и ЭЭГ обычно количественно оцениваются как пробные средние значения, учитывая относительно низкое отношение сигнал/шум
др., 2016). Эти всплески активности были различимы только на уровне одного испытания, что привело к
усредненные следы спайков, зарегистрированные в префронтальной коре обезьян (Fuster & Alexander, 1971;
метод. В случае ЭЭГ усреднение во временной области выявляет выраженную фазовую синхронизацию.
ряд исследований, в том числе записи отдельных единиц у приматов, BOLD fMRI, ЭЭГ, связанные с событиями
компоненты без фазовой автоподстройки частоты обычно встречаются в бета/гамма-частотах, таким образом, усреднение в
в интервале задержки памяти Lundqvist et al. заметил бета- и гамма-сигнатуры с шипами,
серии эмпирических (Lundqvist et al., 2018; Spaak et al., 2017), а также теоретических (Earl K. Miller
временная область неявно смещена в сторону более низких частот (David et al., 2006; Tallon-Baudry &
которые не проявлялись на спектрограммах, усредненных по пробам, из-за их изменчивой природы (Lundqvist et al.
потенциалы и мощность колебаний (Sreenivasan & D'Esposito, 2019). Нейронные ответы на фМРТ
2000). Хотя этот подход эффективен для изоляции компонентов с фазовой автоподстройкой частоты, он усредняет
с немного другим временем всплеска (Lundqvist et al., 2016). При проверке единичных испытаний
предположил, что этот устойчивый ответ может быть частично артефактом усреднения по многим испытаниям.
Устойчивая и временная активность: о временно устойчивых моделях активности сообщалось во всех
компоненты без фазовой синхронизации, которые часто считались отражающими «шум». Кроме того,
исследователи заметили, что единичные испытания редко дают устойчивый ответ. При фокусировке на шипах
компоненты, также называемые связанными с событием потенциалами, такие как P300 (Sutton et al., 1965) или
Goldman-Rakic, 1995), который часто рассматривают как нейрофизиологический признак
различных когнитивных экспериментов (Helfrich & Knight, 2019a; Polich, 2007; Soltani & Knight,
35
Machine Translated by Google

---

Рыцарь, 2015). Когнитивные операции, и особенно задачи памяти, часто характеризуются
гамма-мощность коррелирует с успешным кодированием памяти, но может представлять собой два разных
группы, например, определение активности клеток и определение пространственных траекторий во времени (Skaggs et al., 1996;
данные, чтобы понять, как представляется мнемоническая информация.
гиппокамп (Axmacher et al., 2010; Lega et al., 2012; Staudigl & Hanslmayr, 2013; Tort et al.,
Уилсон и Макнотон, 1993).
Ритмическая реактивация воспоминаний: большая часть активности ЭЭГ носит неколебательный характер и
анализ привел к переосмыслению запаздывающей активности в процессах памяти (Sreenivasan &
спайки (Colgin, 2013). Кроме того, предполагается, что тета обеспечивает механизм того, как
др., 2006; Канолти и Найт, 2010; Tort et al., 2010), где тета-фаза предсказывает мгновенное
36
пространственная информация может быть представлена во временном коде, как обсуждалось ранее, где тета
амплитуда гамма-диапазона. Было показано, что тета-гамма CFC поддерживает формирование памяти в
D'Esposito, 2019), поэтому требуется другой набор инструментов, который не опирается исключительно на усредненные по времени
Дженсен, 2013 г.; Джонсон и др., 2017). Ранее было замечено, что фаза тета
заметили, что тета-фаза также структурирует активность гамма-диапазона (Lisman & Jensen, 2013) в
объекты различного происхождения (Sederberg et al., 2003; Fellner et al., 2019). Однако это было
и др., 2018; M. Stokes & Spaak, 2016). Переход от пробного усреднения к одиночному испытанию
колебания структурируют возбуждение нейронов и обеспечивают временные системы отсчета для различных
процесс, называемый тета-гамма кросс-частотной связью (CFC; Mormann et al., 2005; Canolty et al.
характеризуется степенным законом (He et al., 2010; Lendner et al., 2020; Miller et al., 2009; Voytek &
Кроме того, появление тета часто сопровождается гамма-колебаниями. Тета и
появление тета-осцилляций 3–8 Гц (Anderson et al., 2010; Herweg et al., 2021; Lisman &
Machine Translated by Google

---

элементы, хранящиеся в памяти, и тем самым уменьшить конфликтность и повысить точность мнемоники
реактивация памяти (Hasselmo, 2005). В совокупности несколько направлений исследований показывают, что
реактивация мнемонической информации (рис. 8). Они использовали классификаторы с многовариантными шаблонами.
механизм, который объясняет, как информация может быть закодирована даже после однократного воздействия
для отслеживания мнемонических представлений и заметил, что пики декодирования систематически
презентация (Hanslmayr et al., 2016; Lisman & Jensen, 2013). Различные фазы нейронной
различные фрагменты мнемонической информации в пределах одного колебательного цикла (Бахрамишариф и др.,
2005 г.; Хассельмо и др., 2002). Недавно было получено дополнительное подтверждение этой гипотезы.
Керрен и его коллеги (2018), которые показали, что только определенные тета-фазы запускают
2018). Современные теории утверждают, что тета-гамма CFC может представлять собой потенциальную биофизическую
В дополнение к структурированию содержимого памяти родственная гипотеза предполагает, что кодирование и
человеческий мозг.
кодирование, поддержание и извлечение памяти критически зависит от тета-ритмических процессов в
2009). Совсем недавно было показано, что тета-гамма CFC разделяет представление
поиск может быть связан с отдельными тета-фазами, обеспечивающими временную сегрегацию (Hasselmo,
37
колебания могут обеспечить временные системы отсчета для разделения представлений нескольких
предсказано выравниванием тета-фазы, таким образом, указывая на тесную связь между тета-фазой и
информации (Leszczyński et al., 2015; Lisman & Jensen, 2013; Siegel et al., 2009).
Machine Translated by Google

---

необходимость понимать как вклад отдельных узлов сети, таких как
Информационная реактивация заложена в тета-колебаниях. (A) Классификатор шаблонов использовался для
декодирования категорий объектов из рабочей памяти с временным разрешением. (B) Схема взаимосвязи выходных
данных декодирования (достоверность классификатора) и лежащих в основе тета-колебаний. Обратите внимание,
что классификационные пики совпадают с отдельными фазами тета-колебаний. (C) Повторное выравнивание данных
по пикам классификации (момент времени 0) демонстрирует значительную концентрацию тета-фазы до пиков
реактивации и информации о категории. Эти результаты подчеркивают тесную связь между реактивацией
информации и тета-колебаниями.
Рисунок 8
Мнемонические представления можно найти на каждом уровне корковой иерархии, что подчеркивает
этого раздела.
такие инструменты, как фМРТ, М/ЭЭГ или внутричерепная ЭЭГ (Solomon et al., 2017), которые будут в центре внимания
2015). Для изучения сетей необходимо одновременно собирать данные из расширенных областей мозга.
4. Сетевая структура памяти человека
что нелегко осуществить с помощью отдельных физиологических приемов, но возможно с помощью
префронтальной коре или гиппокампе, а также общей сетевой структуре мозга (Johnson & Knight,
38
Machine Translated by Google

---

Поскольку функция гемодинамического ответа относительно медленная, связь, полученная с помощью фМРТ
активность может обслуживать передачу информации в крупномасштабных сетях; следовательно, лучше всего
изучить возможность подключения к сети (Quian Quiroga & Panzeri, 2009).
изменяется в течение короткого промежутка времени в процессе формирования, консолидации и реактивации памяти.
связность (Engel et al., 2013). Было введено несколько вариантов, либо подавляющих
Данные М/ЭЭГ имеют богатую временную структуру и захватывают широкий диапазон частот (~ 0,1–100
Функциональную связность можно далее сгруппировать в ненаправленные и направленные взаимодействия (Бастос
Связи между областями мозга можно разделить на структурные и функциональные.
связность, т. е. узел A управляет узлом B или наоборот (Seth et al., 2015). Информационно-теоретический
корреляции во временной области (Miller et al., 2009). Большинство методов ненаправленного подключения
39
метрики, такие как взаимная информация и энтропия переноса, представляют собой безмодельный подход к
получены из метрики когерентности, которая учитывает как фазовые, так и амплитудные
соединения. Здесь мы сосредоточимся на функциональной связности, которая позволяет отслеживать динамические
Амплитуды рядов обеспечивают метрику ненаправленной функциональной связности, которая также может быть
Сигель и др., 2012). Кроме того, спектральная мощность сигналов М/ЭЭГ снижается с обратным
спектральное разложение сигнала перед анализом связности (Fries, 2015; Pesaran et al., 2018;
4.1 Как оценить подключение к сети
спектрально разложенный (~0,01 – 1 Гц). Причинность по Грейнджеру во временной области позволяет оценить
частоты (так называемый спектр мощности 1/f^a), подразумевающий преобладание низких частот
и Шоффелен, 2015).
Гц). Несколько основополагающих теорий подчеркивали, что синхронизация ограниченных по полосе колебаний
ЖИРНЫЙ сигнал в основном фиксирует очень медленные колебания во времени. Корреляция времени FMRI
Machine Translated by Google

---

2015). Кроме того, появляется все больше литературы о связности, измеряемой непосредственно от
Однако направленность взаимодействий не может быть выведена из большинства показателей связности.
коры (Vaz et al., 2019), подтверждая и расширяя исследования на грызунах (Buzsaki, 2015; Johnson &
Записи ЭЭГ (Solomon et al., 2019) в сочетании с показателями связи (например, воображаемые
сигнал в области B. Если это так, то можно сделать вывод о потоке информации от A к B. Несмотря на наличие
Рыцарь, 2015). В совокупности эти исследования обеспечивают необходимый научный контекст и подтверждение
когерентность, взвешенный индекс фазового запаздывания, ортогональные корреляции амплитуды и огибающей), что
игнорируя фазовый вклад (например, корреляции амплитуда-огибающая). Воздействие электричества
гиппокампа (Inman et al., 2018; Zheng et al., 2017), между префронтальной и ассоциативной
(см. Phan et al., 2019 для критического обсуждения возможного решения с использованием многомерного моделирования).
словом «причинность», эти показатели на самом деле не измеряют «причинные» взаимодействия, а только позволяют
коры (Johnson et al., 2018; Watrous et al., 2013) и между мезиальным и латеральным височными
Эти методы обычно определяют, может ли история сигнала в области А предсказать будущее
объемное распространение в кортикальной ткани может быть уменьшено с помощью биполярной референции в интракраниальной
полученные из внутричерепных записей, например, оценивали информационный поток внутри
наоборот). Несколько методов, таких как причинно-следственная связь по Грейнджеру (Seth et al., 2015), индекс наклона фазы
т.е. является ли данная область отправителем или получателем (информационный поток из области A в B или
вклад амплитуды (например, значение фазовой синхронизации, индекс фазовой задержки, попарная фазовая согласованность) или
образование гиппокампа (Axmacher et al., 2008; Fell et al., 2006), между миндалевидным телом и
(Nolte et al., 2008) или энтропия переноса (Lobier et al., 2014), cab количественно определяют направленные взаимодействия
подавить взаимодействия с нулевой фазой, чтобы извлечь истинные взаимодействия между зонами (Bastos & Schoffelen,
связать интра- и экстракраниальные исследования и интерпретировать эффекты связности.
внутричерепные электроды (Foster et al., 2013; Johnson et al., 2018; Solomon et al., 2017). Выводы
40
Machine Translated by Google

---

(связь SO-веретена во время сна) (Helfrich et al., 2019; Staresina et al., 2015). Есть
4.2 Важность синхронизации в крупномасштабных сетях
Сравнительные исследования фМРТ и М/ЭЭГ не выявили четкой взаимосвязи между
(Ару и др., 2015; Канолти и др., 2006). CFC является мощной концепцией для объяснения информации.
Фрайс, 2015; Сигель и др., 2012). Критически важно смещение точной задержки или временная дисперсия
показатели, полученные с помощью этих двух методов (Hipp & Siegel, 2015). Следовательно, нет прямого
передачи в разных временных масштабах и, как было показано, играет ключевую роль как для коротких
скорее, чем от B до A). Примечательно, что аналогичные метрики можно использовать для изучения взаимодействий во времени.
метрики связности, предполагая, что связность на основе фазы и амплитуды может отражать
несколько десятилетий несколько направлений исследований показали, что фазовая активность в разных
41
различные режимы подключения для поддержки мультиплексирования в крупномасштабных сетях (Engel et al., 2013).
узлы сети необходимы для передачи информации в крупномасштабных сетях (Engel et al., 2001;
шкалы (согласование активности с разными частотами), т.е. кросс-частотная связь (CFC)
основанные на амплитуде или фазе), или метрики, полученные из разных модальностей визуализации, связаны
Передача информации в крупномасштабных сетях зависит от скоординированного взаимодействия между
Формирование памяти, вероятно, зависит от точного времени между различными областями коры.
основанные на модели выводы о направленности этих эффектов (т. е. поток от А к В более
(Холл и др., 2014). В нескольких исследованиях сообщается о заметных различиях в фазовых и амплитудных показателях.
специализированные корковые узлы (Helfrich & Knight, 2016; Siegel et al., 2012). За последние два
термин (тета-гамма связь) (Lisman & Jensen, 2013), а также формирование долговременной памяти
передаточная функция между показателями, полученными из фМРТ и М/ЭЭГ.
множество показателей подключения, но до сих пор неясно, как разные режимы взаимодействия (например,
Machine Translated by Google

---

задача (Helfrich et al., 2018). Как и ожидалось, моложе
большему количеству шпинделей не хватает оптимальной фазы соединения. Прогнозируемые отклонения всего 50-100 мс
тонко настроенное временное взаимодействие между SO и шпинделями за счет кросс-частотной связи,
шкалы (Griffiths, Parish, et al., 2019; Siebenhühner et al., 2016). Хелфрих и др. в сравнении
Хелфрих и др. обнаружили, что веретена появляются слишком рано во время цикла SO у пожилых людей (рис.
формирование ночной памяти у молодых (~ 20 лет) и пожилых людей (~ 70 лет), которые выполняли
и, таким образом, наносит ущерб формированию или отзыву памяти (Hanslmayr et al., 2016; Polanía et al.,
в виде медленных колебаний (SOs; < 1,25 Гц) и шпиндельных (~12-16 Гц) колебаний, что указывает на то, что эти
временные шкалы необходимы для успешного формирования памяти и отзыва.
одни только кардинальные колебания сна не предсказывали различий в функции памяти. При зондировании
42
2012). Совсем недавно один и тот же механизм был задействован в координации различных временных
предметы. Однако активность мозга во время сна, измеренная с помощью ЭЭГ, была на удивление одинаковой:
префронтальной коре у пожилых людей, где генерируются SO. В совокупности при рассмотрении
нарушение памяти и коррелирует с повышенной атрофией серого вещества в медиальном отделе
(Kohn et al., 2020) влияет на поток информации в нейронных сетях (Johnson et al., 2018),
группы демонстрировали многочисленные колебательные события (отдельные события, обнаруженные во временной области), такие как
синхронизация в крупномасштабной сети, как синхронизированная передача информации в пространстве, так и через
память, зависящая от гиппокампа
9). Важно отметить, что мы наблюдали одну и ту же картину в обеих группах: производительность памяти снижалась с
участники в среднем демонстрировали более высокую производительность припоминания на следующее утро, чем пожилые
Machine Translated by Google

---

43
Рисунок 9
Нарушение медленноволновой связи веретена предсказывает дефицит памяти. (A) Частотно-временная
репрезентация SO через заблокированное время (TFR) показывает повышенную мощность веретена
непосредственно перед пиками SO (пунктирные линии) у пожилых людей. На вставке показана средняя
фаза соединения SO-веретена у 32 пожилых людей. (B) SO с заблокированным TFR демонстрирует, что
состояния высокой мощности веретена совпадают с пиками SO у молодых людей. Те же соглашения,
что и на панели A. (C) Точная фаза соединения шпинделя SO предсказывает сохранение памяти в
течение ночи. В обеих группах меньше забывание было связано с более оптимальной связью ближе к
активному состоянию SO (около 0°). (D) Сила направленного влияния фазы SO на мощность веретена
коррелирует с объемом серого вещества (GM) в mPFC, предполагая, что старение ухудшает временную
координацию SOs и веретен и ухудшает работу памяти.
Machine Translated by Google

---

В частности, мультимодальные исследования, которые объединяют однокомпонентные и популяционные методы.
с ЖИРНЫМ сигналом фМРТ, ЭЭГ, локальными полевыми потенциалами и активностью одиночного нейрона. У грызунов,
Ученые долго искали мнемонические инграммы, т.е. долговременные физиологические изменения в организме.
нейробиологические подходы, изначально разработанные для клинических приложений, которые были использованы
которые точно настроены на очень специфическое свойство стимула (Eichenbaum, 2017; Hubel &
мозг, вызванный стимулом, который отражает память. На сегодняшний день остается неясным, какой уровень
объяснить принципы и понятия человеческой памяти. Наше понимание человеческой памяти
В этой главе были рассмотрены нейробиологические методы изучения человеческой памяти. В дополнение к
модель памяти человека (Griffiths, Mayhew, et al., 2019), а усовершенствованные протоколы стимуляции
рамки: можно ли ожидать, что единичный нейрон является единицей познания (Barlow, 1953), как
44
поможет установить причинно-следственную связь (Hanslmayr et al., 2019).
классно предложенный Горацием Барлоу, где нейроны служат детекторами признаков,
подходов у животных и здоровых людей, мы также предоставили несколько примеров
инструменты теоретико-информационного анализа, которые связывают экспериментальный и вычислительный подходы, будут
(Фостер, 2017). Поиск идентификации мнемонических инграмм требует не только
инграммы часто напрямую связаны с воспроизведением определенной последовательности возбуждения нейронов.
5. Выводы и будущие направления
предоставить необходимые средства для интеграции доказательств по различным модальностям в согласованную
методологический выбор, но и осознание того, что определенные методы могут проверять только определенные
будет по-прежнему формироваться за счет разработки новых подходов к сбору и анализу данных.
Для обнаружения инграммы необходимо наблюдение. У человека обнаружены следы памяти
осветит функциональную основу памяти у человека. Кроме того, мы предвидим, что
Machine Translated by Google

---

гибкость, поскольку множество воспоминаний может быть отображено на данной нейронной цепи (Fusi et al., 2016;
Следовательно, мультимодальный подход в нескольких пространственно-временных масштабах необходим не только для проверки
одна концепция. Эта идея ранее называлась смешанной селективностью (Rigotti et al, 2013;
Считается, что для консолидации воспоминаний большинство доступных для людей методов отдают предпочтение методу Хебба.
света (например, спектроскопия в ближней инфракрасной области; Obrig & Villringer, 2003), модулируя мозг с помощью
Fusi et al., 2016), которые могут стать мощной концептуальной основой для будущих
идея о том, что клеточные сборки и анализ активности на уровне популяции будут лучше информировать
кто подчеркнул важность клеточных ансамблей для познания? Хотя идея Барлоу очень
Это скопления клеток, состоящие из специализированных нейронов, которые кодируют, например, объекты, пространство, время или действия?
Память. Недавние разработки включают в себя записи NeuroPixel от сотен до тысяч
сфокусированный ультразвук (Folloni et al., 2019; Verhagen et al., 2019) или, возможно, даже оптогенетика
скопления клеток отражают временные коалиции «многозадачных» нейронов, которые могут кодировать более
нейронов (Paulk et al., 2021; Steinmetz et al., 2021; Stringer et al., 2019), визуализируя мозг с помощью
во многом соответствует концепции нейронного воспроизведения, когда специфическая реактивация определенной клетки
активность коррелирует с поведением, что не противоречит представлению о том, что клеточные сборки кодируют
связная структура, которая может объяснить формирование памяти у людей. Мы прогнозируем, что методы
существующих теоретических рамок, но и объединить и интегрировать эти разнообразные результаты в
Wiesel, 1962), или кто-то концептуализирует инграмму согласно Дональду Хеббу (Hebb, 1949)
информации (Рутисхаузер, 2019). Важным вопросом является то, как мы концептуализируем сборки клеток.
которые были впервые применены на грызунах, будут использоваться на людях, чтобы пролить свет на внутреннюю работу
поведение (Саксена и Каннингем, 2019). Концепция Хебба выгодна для объяснения когнитивных
исследования функций памяти.
Риготти и др., 2013; Саксена и Каннингем, 2019). Обратите внимание, что обнаружение того, что один нейрон
45
Machine Translated by Google

---

методы объединения пространственных (единиц, клеточных ансамблей, локальных популяций, общесетевой активности) и
вмешательства с обратной связью обладают большим потенциалом для установления причинно-следственной связи и потенциального
(Дейссерот, 2011; Бойден и др., 2015). Независимо от метода, мы убеждены, что
ни один метод не может решить, как работают системы человеческой памяти. Критически важно будет интегрировать
Благодарности
46
для будущих исследований является понимание того, «как» воспоминания (преобразовываются) формируются.
лечение нарушений памяти в будущем. Несмотря на всплеск новых методов, очевидно, что
В совокупности область человеческой памяти извлекла выгоду из множества новых методов, которые
NIH предоставляет MH63901 и MH11173 (для MD) и NIH NS21135 для (RTK).
помогли определить «когда» и «где» формирования памяти, в то время как главная проблема
временные масштабы (от микросекунд до лет).
Эта работа была поддержана Немецким исследовательским фондом (DFG HE8329/2-1 для RFH),
Machine Translated by Google