基于theta-gamma相位幅值耦合的脑疲劳信息传递整合机制研究

脑疲劳是长期脑力活动产生主观疲劳的状态,是影响脑力工作者健康的核心问题,但其对大脑信息传递整合过程的影响至今尚不清楚。因此本文采用相位–幅值耦合(PAC)方法对脑疲劳前后theta节律和gamma节律的脑电进行研究,以更好地解释脑疲劳对大脑信息传递机制的影响。实验采用4小时专业科技英语阅读诱发脑疲劳,利用脑电仪记录了14名男性在校本科生志愿者在脑疲劳前后的脑电信号。使用相位–幅值耦合方法进行分析,并对结果进行了t检验。结果显示,全脑区域90%以上电极的theta相位共同调制右侧中央区和右侧顶叶区电极的gamma幅值,并且这种耦合作用在脑疲劳后显著下降(P<0.05)。本研究表明theta-gamma之间的相位–幅值耦合变化能更好地解释脑疲劳对大脑信息传递整合机制的影响,有望成为一种新的脑疲劳检测指标,同时也为神经调控缓解脑疲劳的效果提供了评价手段。

间断theta脉冲磁刺激对空间工作记忆相关神经振荡及其同步性的影响

目的间断theta脉冲磁刺激(iTBS)已被证实可以通过夹带大脑不同频段神经振荡调控工作记忆功能,但其对神经振荡及其同步性的调节尚不清晰。本研究旨在探讨iTBS对大鼠局部脑区及跨脑区神经振荡及其同步性的影响,探究iTBS调控工作记忆的作用机制。方法24只大鼠根据年龄及是否接受iTBS分为4组,应用时频分布、相位同步性以及相位-幅值耦合分析方法,对比分析各组大鼠在进行空间工作记忆(SWM)行为学任务的过程中前额叶和海马脑区theta及gamma频段局部场电位信号神经振荡的变化规律。结果随着年龄增长,老年大鼠学会SWM任务规则所用时间明显增加(P=0.0056);iTBS可以缩短成年大鼠(P=0.0011)和老年大鼠(P=0.0090)学会SWM任务规则所用时间。相比成年大鼠,老年大鼠前额叶和海马脑区theta和gamma频段神经振荡的时频能量(theta:P<0.0001;gamma:P<0.0001)、跨脑区相位-幅值耦合作用(PFC-HPC:P=0.0002;HPC-PFC:P=0.0277)均出现一定程度的下降;iTBS可以提高成年大鼠(theta:P<0.0001;gamma:P<0.0001)和老年大鼠(theta:P=0.0144;gamma:P=0.0006)神经振荡的时频能量以及老年大鼠跨脑区相位-幅值耦合作用(PFC-HPC:P=0.0180;HPC-PFC:P=0.0221)。此外,两脑区各频段信号的时频能量及相位-幅值耦合与大鼠行为学正确率均具有正相关关系。结论iTBS可以增强老年大鼠的SWM能力以及认知功能,这与老年大鼠SWM任务期间跨脑区theta频段和gamma频段神经振荡的时频能量以及跨脑区相位幅值耦合增强有关。对于成年大鼠,iTBS通过提升成年大鼠SWM任务期间两脑区theta频段和gamma频段神经振荡的时频能量增强其SWM能力与认知功能。

神经振荡交叉节律耦合的生理学意义及在神经工程基础研究中的应用

交叉节律耦合(cross-frequency coupling,CFC)反映了不同时空尺度上信息的整合与交流,在神经信息通讯和促进突触可塑性等方面有重要作用.其中,相位-幅值耦合(phase-amplitude coupling,PAC)与工作记忆中多重对象的维持以及长时程记忆的回忆过程相关.此综述较全面地介绍了神经振荡CFC现象,阐述了其对应的生理学意义,给出了量化分析CFC的3种常用算法及其应用,并简单描述了CFC在神经工程研究中的潜在应用.

大鼠海马CA3区θ~γ神经振荡与空间认知能力相关性研究

本研究旨在探索海马CA3区θ~γ神经振荡相位-幅值耦合(phase-amplitude coupling, PAC)强度与大鼠电击回避训练前后空间辨别和认知能力改变的相关性。依据Y型迷宫电击回避训练结果,将CA3区埋置电极大鼠分为快回避反应组和普通回避反应组。无线遥测电击回避训练前后两组大鼠海马CA3区神经元局部场电位(local field potential, LFP),利用MATLAB小波包提取分析CA3区θ振荡(3~7 Hz)与低频γ振荡(30~60 Hz) PAC变化。结果显示,快回避反应组大鼠在训练前部分频段θ~γ振荡PAC明显高于普通回避反应组(P <0.05)。在训练"达标"后,两组大鼠均出现θ~γ振荡PAC增加(P <0.05),普通回避反应组大鼠部分频段θ~γ振荡PAC明显高于快回避反应组(P <0.05, P <0.01)。以上结果提示,一定强度的训练可以改变大鼠空间辨别和认知能力,其机制是增强大鼠海马神经元θ~γ神经振荡同步性,即提高大鼠海马神经元θ~γ相位-幅值交错频率耦合度。