Deall Rolau Gweithgarwch Canolog Ac Ymreolaethol Yn Ystod Cwsg Er Gwella'r Cof Gweithredol A'r Cof Cyfnodol Rhan 2

Mae Cwsg yn Modylu Gweithgaredd ANS

Mae'r newid o ddeffro i gwsg yn cynhyrchu'r newid mwyaf mewn gweithgaredd awtonomig rydym yn ei brofi bob dydd. Nid yw cwsg yn un digwyddiad unffurf, ac mae ei nodweddu i gamau trefnus yn dangos proffiliau penodol mewn gweithgaredd canolog ac awtonomig yn ystod pob cam. Dros noson o gwsg, mae'r ymennydd dynol yn cylchredeg trwy ddau gyfnod cynradd: NREM a chwsg symud llygaid cyflym (REM).

Yn y blynyddoedd diwethaf, mae'r cysylltiad rhwng cwsg a chof wedi denu llawer o sylw gan ymchwilwyr. Mae ymchwil yn dangos bod cwsg yn chwarae rhan bwysig yn swyddogaeth cof pobl.

Mae cwsg dynol wedi'i rannu'n ddau gyflwr: REM (cysgu symudiad llygad cyflym) a NREM (cwsg symudiad llygad di-gyflym). Yn eu plith, mae cwsg NREM yn gam pwysig iawn, sy'n cynnwys pedwar cam: un, dau, a thri.

Yn ystod cwsg NREM, mae'r ymennydd dynol yn cryfhau cof trwy ysgogiad dro ar ôl tro ac yn trosglwyddo gwybodaeth i gof hirdymor. Felly, mae'n bwysig iawn i bobl sydd am wella eu cof gael digon o gwsg NREM.

Ar yr un pryd, gall cwsg NREM hefyd hyrwyddo metaboledd y corff, helpu i adfer swyddogaethau'r corff, a gwella imiwnedd y corff. Felly, mae sicrhau cwsg NREM digonol nid yn unig yn fuddiol i wella cof ond hefyd yn gyflwr angenrheidiol ar gyfer cynnal iechyd da.

Er mwyn sicrhau digon o gwsg NREM, dylem ddatblygu arferion cysgu da, megis rheoli amser cinio a lleihau ymarfer corff egnïol a gweithgareddau egnïol gyda'r nos. Yn ogystal, gall ymlacio cyn cwympo i gysgu ein helpu i fynd i mewn i gysgu NREM yn gyflymach.

Ar y cyfan, mae cwsg NREM yn chwarae rhan anhepgor a phwysig yng nghof dynol ac iechyd corfforol. Bydd gwella ansawdd cwsg a sicrhau cwsg digonol NREM yn cael effaith gadarnhaol ar ein bywydau a'n gwaith. Gadewch inni ddechrau nawr i ddatblygu arferion cysgu iach a chroesawu yfory gwell! Gellir gweld bod angen i ni wella ein cof. Gall Cistanche deserticola wella cof yn sylweddol oherwydd bod Cistanche deserticola yn ddeunydd meddyginiaethol Tsieineaidd traddodiadol gyda llawer o effeithiau unigryw, ac un ohonynt yw gwella cof. Mae effeithiolrwydd briwgig yn dod o'r gwahanol gynhwysion gweithredol sydd ynddo, gan gynnwys asid, polysacaridau, flavonoidau, ac ati. Gall y cynhwysion hyn hybu iechyd yr ymennydd mewn gwahanol ffyrdd.

Cliciwch gwybod 10 ffordd i wella cof

Rhennir cwsg NREM ymhellach yn gamau 1, 2, a 3 (neu gwsg tonnau araf) (53). Mae cwsg cam 1 yn gyflwr trosiannol o ddeffro i gysgu, sy'n cyfrif am 3% o gwsg nosol oedolion. Mae tua 60% o gwsg oedolion yn gwsg cam 2, sy'n cael ei nodi gan ddigwyddiadau electroffisiolegol amlwg o'r enw gwerthydau cwsg a K-complexes. Mae cam 3, neu gwsg tonnau araf (SWS), yn cyfrif am tua 20% o gwsg, ac fe'i nodir gan osgiliadau araf, osgled uchel a elwir yn osgiliadau araf (SOs,<1 Hz) and slow-wave activity (SWA, 0.5 to 2 Hz). In NREM sleep, cholinergic systems in the brainstem and forebrain become markedly less active; firing rates of LC–NE and serotonergic Raphe neurons are also reduced, compared to waking levels
(54). 

Fodd bynnag, mae'r dogma confensiynol ynghylch tawelwch cymharol niwronau LC-NE yn ystod cwsg NREM wedi'i herio gan dystiolaeth o gynnydd dros dro mewn gweithgaredd LC-NE yn ystod cwsg NREM (55). Datgelodd astudiaeth electroencephalogram ar yr un pryd (EEG)-MRI (fMRI) mewn bodau dynol ymhellach fod gweithgaredd graddol cynyddol y cnewyllyn LC yn gysylltiedig dros dro â thrawsnewidiadau i lawr SO (55, 56), gan awgrymu deinameg niwromodulator mwy cymhleth yn ystod NREM cwsg. Mae gweithgaredd niwronau LC-NE yn ystod cwsg NREM o bosibl yn berthnasol i ddeall sut y gall gweithgaredd awtonomig yn ystod y cyfnod cysgu hwn gyfrannu at welliant gwybyddol.

Ar ôl pwl o SWS, mae'r ymennydd yn symud i gwsg REM, sy'n cyfrif am tua 20% o gwsg dynol ac mae'n cael ei nodi gan hyrddiau sydyn o symudiadau llygaid ac alffa osgled isel cyflymach (8 i 12 Hz) a theta (4 i 8 Hz) osgiliadau. Yn ystod cwsg REM, mae'r ddwy boblogaeth aminergig yn cael eu rhwystro'n gryf, tra bod systemau colinergig yn dod yn fwy egnïol o gymharu â lefelau deffro (57). Mae'r trawsnewidiad trwy gam 2, SWS, a REM yn digwydd mewn cylchoedd 90- i 100-munud ar draws y nos, gyda hanner cyntaf y nos yn cael ei ddominyddu gan SWS ac ail hanner y nos yn cael ei ddominyddu gan gwsg REM (58).

Mewn safleoedd ymylol, mae'r newid o ddeffro i SWS yn gysylltiedig â gostyngiad sylweddol yng nghyfradd y galon a phwysedd gwaed, yn ogystal â goruchafiaeth gynyddol HF-HRV (59, 60). Mae'r plymio pwysedd gwaed yn ystod cwsg NREM o'i gymharu â deffro yn fuddiol i iechyd cardiofasgwlaidd, gan arwain rhai arbenigwyr i ddisgrifio cwsg fel "gwyliau cardiofasgwlaidd" (61). Mae SWS, yn arbennig, yn gyfnod o dawelwch cardiofasgwlaidd a gall fod yn gyfle i'r system gardiofasgwlaidd wella o sarhad yn ystod y dydd, fel ymchwyddiadau pwysedd gwaed a achosir gan straen. Yn wir, canfu un astudiaeth yn cymharu symiau o SWS a marcwyr isglinigol o glefyd cardiofasgwlaidd fod cyfranogwyr a brofodd SWS mwy yn dangos marcwyr is o glefyd cardiofasgwlaidd ar ôl straen cardiofasgwlaidd (62), gan awgrymu y gallai SWS glustogi ymatebion awtonomig i straen yn ystod y dydd a allai addasu risg clefyd.

Yn ogystal, mae'n ymddangos bod cwsg, yn hytrach nag effeithiau circadian, yn dylanwadu ar weithgaredd ANS, gan fod proffiliau HRV tebyg wedi'u dangos yng nghwsg yn ystod y dydd a'r nos (63), a allai hefyd ddangos bod cysgu yn ystod y dydd yn wyliau cardiofasgwlaidd bach. Ar ben hynny, nododd astudiaeth a oedd yn cymharu proffiliau HRV yn ystod gorffwys 50-munud yn erbyn deffro mewn sefyllfa oruchafol fod goruchafiaeth parasympathetig yn ystod cwsg yn unig, ac nid yn ystod gorffwys tawel, gan nodi bod y buddion cardiofasgwlaidd yn benodol i gwsg (64).

Mae astudiaethau wedi datgelu cyd-ddibyniaeth gyson rhwng gweithgaredd y galon a'r ymennydd, gyda newidiadau cyd-ddigwyddiad dros dro mewn pŵer EEG delta (0.5 i 4 Hz) a gweithgaredd ANS (65-70). Mae cysylltiad mor agos rhwng trawsgyweiriadau mewn HRV a dyfodiad SWS fel y gellir eu defnyddio fel paramedr i ganfod SWS (71) yn awtomatig. At hynny, mae pŵer band delta, marciwr gyriant cwsg homeostatig sy'n gwasgaru ar draws cyfnodau NREM olynol, yn dangos cyplu gwrthdro â chymhareb LF / (LF + HF) yn ystod cwsg yn ystod y nos. Yn gyffredinol, mae'r gymhareb LF/(LF+HF) yn cynyddu yn ystod cwsg REM ac yn gostwng yn ystod SWS (Ffig. 1A) (66), gan ddangos mwy o weithgarwch cydymdeimladol yn ystod cwsg REM, gyda chyfraddau cyfradd curiad y galon a phwysedd gwaed yn cyrraedd gwerthoedd tebyg i ddeffro (72). ).

Gall gweithgaredd parasympathetic/vagal yn ystod cwsg NREM a gweithgaredd sympathetig yn ystod cwsg REM fod yn uwch na'r lefelau cyfartalog o effro tawel (72). Ffig. 1 B yn dangos y sbectrwm pŵer o gyfnodau RR yn ystod deffro tawel, cam 2, SWS, a REM cwsg ( Ffig. 1 B ) ( 73 ). Yn fwy diweddar, arweiniodd cynnydd achosol SWA trwy ysgogiad SOs acwstig at fwy o weithgaredd vagal (wedi'i fesur gan HF-HRV a SDNN) yn ystod SWS o'i gymharu ag ysgogiad ffug (74), sy'n awgrymu cyd-ddibyniaeth gref rhwng gweithgaredd vagal a digwyddiadau osgiliol EEG araf yn ystod SWS.

O ystyried lefelau dadansoddi mwy manwl gywir dros dro, dangoswyd cyplu rhwng digwyddiadau ANS a CNS unigol, megis curiadau calon ac EEG SOs mewn cwsg dwfn (75). Gan ddefnyddio dull traws-gydberthynas, mae Thomas et al. (69) yn dangos perthynas amserol rhwng SWA a chyplu cardio-pwlmonaidd amledd uchel (0.1 i 0.4 Hz), biomarcwr cwsg sefydlog sy'n deillio o ECG, yn ystod cwsg NREM. Mae sawl astudiaeth hefyd wedi adrodd ar y cyplu rhwng digwyddiadau awtonomig a chanolog lle mae pyliau byr o gyfradd curiad y galon yn cyd-ddigwydd dros dro â chynnydd dros dro mewn SOs yn ystod cwsg NREM (73, 76). Roedd Rembado et al. cofnodwyd potensial vagal-dal i gof, a amlygir fel y afferents vagal i'r cortecs cerebral mewn ymatebion i VNS, mewn ymennydd mwnci macaque yn ystod cyflyrau ymwybyddiaeth gwahanol (77). Adroddwyd bod y potensial a achosir gan fagal 300 i 500% yn fwy yn ystod cwsg NREM, o'i gymharu â chysgu a deffroad REM (Ffig. 1C) (77), ac, yn hollbwysig, roedd y potensial a ddaeth i'r amlwg yn ystod NREM yn fwy ar gyfer ysgogiadau a ddarparwyd yn y ganolfan ddadbolaredig. cyfnod o osgiliadau delta parhaus, sy'n awgrymu cyplu amserol agos rhwng digwyddiadau ANS a CNS. Mae'r canfyddiadau hyn yn dangos bod dynameg CNS-ANS yn cefnogi'r gyd-ddibyniaeth rhwng swyddogaeth cortigol a chardiaidd yn ystod cwsg. Ar ben hynny, ynghyd â chanfyddiadau o astudiaethau HRV deffro, mae ymchwyddiadau naturiol mewn gweithgaredd parasympathetig yn ystod SWS yn awgrymu y gallai proffiliau HRV yn ystod cwsg gyfrif am rywfaint o welliant gwybyddol.

Mae SWS a Vagal Tone Budd WM

O'i gymharu â deffro, efallai y bydd cwsg rhwng sesiynau hyfforddi WM yn hanfodol ar gyfer gwella perfformiad WM (78-82), o bosibl oherwydd effaith SOs (83-85) ( OS Atodiad, Ffig. S2 A). Ar ben hynny, nododd astudiaeth ddiweddar a ddefnyddiodd ysgogiad SO acwstig yn ystod cwsg yn ystod y nos fod ysgogiad wedi gwella WM o ganlyniad i SWA gwell, o'i gymharu ag unigolion nad oedd eu SWA wedi'i wella (86). Nid yw pob astudiaeth, fodd bynnag, yn canfod cysylltiad cadarnhaol rhwng nodweddion EEG SWS a gwelliant WM (78, 81). Mae'n bosibl bod un rheswm posibl dros y diffyg canfyddiadau cyson yn ymwneud yn rhannol â'r ffaith mai ychydig o astudiaethau sy'n mesur gweithgaredd ANS yn ystod cwsg ac felly'n methu cyfraniad yr ANS at y newid perfformiad. Roedd un astudiaeth ddiweddar yn cyfrif am weithgaredd awtonomig a chanolog ar draws cyfnod cwsg lle cafodd WM pynciau ei brofi cyn ac ar ôl cyfnod cysgu (78) ( OS Atodiad, Ffig. S2 B ). Yn yr astudiaeth hon, perfformiodd y cyfranogwyr y dasg rhychwant gweithredol yn y bore a gyda'r nos. Yn ystod y cyfnod llog, roedd pynciau naill ai wedi cael nap neu wawl tawel gyda EEG ac ECG wedi'u cofnodi (78). Dangosodd y canlyniadau fod HF-HRV yn ystod SWS yn rhagweld gwelliant WM mewn oedolion ifanc iach, i raddau mwy na HF-HRV yn ystod effro neu nodweddion SWS eraill, gan gynnwys SOs neu SWA. Mae'r canfyddiadau hyn yn awgrymu, ynghyd â digwyddiadau EEG o SWS, bod gweithgaredd vagal uchel yn naturiol yn ystod SWS hefyd yn cefnogi gwelliant WM mewn oedolion ifanc.

Er bod mecanweithiau gwelliannau WM sy'n ddibynnol ar gwsg yn parhau i fod yn anodd dod o hyd iddynt, yn seiliedig ar y darlun presennol, gall SOs a gweithgaredd vagal hwyluso gwelliant WM trwy gynyddu effeithlonrwydd rhagflaenol ac awtomatigrwydd mewn rhwydweithiau ataliol rhagflaenol-isgortigol. Yn benodol, mae mewnbynnau vagal yn cynyddu gweithgaredd rhagarweiniol cyfnodol-NE tra bod SOs yn uwch-reoleiddio potentiation synaps cortigol. Yn fwy diddorol, mae Eschenko et al. yn dangos bod niwronau LC yn tanio yn ystod trawsnewid i lawr, tra bod niwronau rhagflaenol medial yn tanio ar anterth SOs (87), sy'n cyfateb i amser y cyffro cortigol mwyaf posibl yn ystod cyflyrau i fyny, gan awgrymu, mewn rhyngweithiadau rhagflaenol-LC, LC yn arwain y gweithgaredd rhagflaenol. Tybiwyd bod SOs yn cryfhau synapsau a oedd yn isel eu hysbryd oherwydd gweithgaredd parhaus yn ystod y diwrnod blaenorol a bod potentiation yn darparu sail ffisiolegol ar gyfer gwella cof sy'n dibynnu ar gwsg (88). Gyda'i gilydd, gallai'r lefelau gorau posibl o NE yn ystod cwsg gefnogi perfformiad WM y diwrnod nesaf trwy gryfhau gweithgaredd rhagarweiniol WM a thrwy hynny wella effeithlonrwydd WM rhagflaenol-striatal.

Posibilrwydd arall yw bod SOs a gweithgaredd vagal yn hwyluso WM trwy glirio placiau tau / beta-amyloid yn y rhwydweithiau swyddogaeth gweithredol rhagarweiniol-is-gortigol, wedi'u gyrru gan weithgaredd LC-NE cyfnodol (afferents vagal) a SOs (35). Hyd yn oed ymhlith unigolion sy'n perfformio o fewn yr ystod arferol o weithrediad gwybyddol, mae cronni tau tymhorol mesial yn gysylltiedig â pherfformiad gwybyddol gwaeth (89). Defnyddiodd yr astudiaeth hon brawf safonol i fesur perfformiad gwybyddol, nad yw'n caniatáu inni ddatgysylltu effaith tau ar WM fel y cyfryw. Mae angen ymchwil bellach i ddeall a yw clirio glymphatic yn ymwneud yn wirioneddol â gwelliannau WM sy'n dibynnu ar gwsg o ddydd i ddydd yn yr ymennydd iach, neu a allai mecanweithiau eraill fod yn gysylltiedig hefyd, gan gynnwys adfer cartrefostasis synaptig trwy gyfryngu SO (90) neu gynyddu. effeithiolrwydd synaptig mwyaf posibl (91).

Trown yn awr at gwestiwn LTM, y mae digon o dystiolaeth ar ei gyfer yn cefnogi rôl SWS yn benodol wrth gydgrynhoi atgofion episodig sy'n ddibynnol ar hippocampal. Eto i gyd, mae tystiolaeth ar gyfer rôl bosibl gweithgaredd ANS yn ystod cwsg yn y broses hon yn parhau i fod yn brin, bwlch a allai fod â gwerth esboniadol.

Cyfraniadau CNS ac ANS at Cof Hirdymor

Mae cof episodig sy'n ddibynnol ar hippocampal yn cyfeirio at atgof ymwybodol o wybodaeth sy'n benodol i'r amser a'r lleoliad caffael (92). Mae llenyddiaeth gynyddol yn cefnogi rôl cwsg wrth gyfuno atgofion episodig ac wedi nodi rôl hanfodol ar gyfer digwyddiadau electroffisiolegol penodol yn ystod cwsg NREM (93). Er bod llawer o ddadlau ynghylch sut mae profiadau diweddar yn cael eu cynrychioli a’u trawsnewid mewn storfeydd tymor hir cortigol ac isgortigol (94–96), mae consensws bod yr hippocampus yn system ddysgu gyflym sy’n clymu profiadau diweddar â chynrychioliadau ar draws cortigau gwahanol. strwythurau yn ystod amgodio (93).

Yn ystod cydgrynhoi, mae adweithio dro ar ôl tro yn sefydlogi ac yn cryfhau olion cof, gyda chwsg yn gyfnod all-lein gorau posibl ar gyfer cydgrynhoi gan ei fod yn hwyluso'r ddeialog rhwng yr hippocampus a'r neocortex (93). Yn benodol, yn ystod cwsg NREM, mae olrhain y cof yn cael ei ail-ysgogi gan crychdonnau tonnau miniog hippocampal sy'n nythu o fewn gwerthydau thalamig, sydd yn eu tro wedi'u nythu o fewn trawsnewidiad i lawr y SO, gan ddarparu llwybr ar gyfer cyfathrebu niwral rhwng cell neocortigol a hippocampal. cynulliadau. Yn ddiweddar, cydnabuwyd bod spindles yn chwarae rhan achosol mewn cydgrynhoi cof sy'n ddibynnol ar hippocampal trwy ffarmacoleg (97) ac adweithio cof wedi'i dargedu (98). Mednick et al. (97) cymharodd zolpidem, agonist GABA-A dros dro, gyda phlasebo a hypnotig rheoli cadarnhaol (sodiwm oxybate) ar draws noson o gwsg. O'i gymharu â rheolyddion, cynyddodd zolpidem werthydau cwsg a gwell cof llafar episodig sy'n ddibynnol ar hippocampal, a'r hwb gwerthyd gwelliannau cof cyfryngol. Mae astudiaethau ffarmacoleg eraill wedi cadarnhau'r canfyddiadau hyn (99), gan awgrymu bod modyliadau GABAergic o'r rhwydwaith thalamocortigol yn bwysig ar gyfer ffurfio LTM.

Er gwaethaf y rhestr gynyddol o astudiaethau sy'n dangos rôl i weithgarwch ANS mewn swyddogaeth weithredol a WM, prin yw'r adroddiadau am gysylltiadau â LTM, ac nid oes unrhyw astudiaethau wedi cymeradwyo rôl i ANS yn ystod cwsg mewn LTM episodig hipocampal-ddibynnol yn benodol. Dangosodd un astudiaeth fod cydberthynas rhwng gwelliant dros nos mewn cof gweithdrefnol di-hippocampal-ddibynnol â LF-HRV a SDNN yn ystod cwsg (100). Yn ogystal, roedd gweithgaredd parasympathetig (HF-HRV) yn ystod cwsg REM yn rhagweld yn gryf welliant mewn preimio ymhlyg mewn tasg creadigrwydd (101). Mae astudiaethau sy'n archwilio effaith HRV yn ystod deffro ar LTM episodig hefyd yn dangos canlyniadau cymysg. Dangosodd un astudiaeth fod pobl â gweithrediad awtonomig vagal gwael (HRV gorffwys isel) yn dangos mwy o gamgymeriadau cof ffug (102). Yn ogystal, dangoswyd bod naws vagal cardiaidd yn cydberthyn yn gadarnhaol â chof gwell ar gyfer ysgogiadau emosiynol (103, 104), er nad oes unrhyw berthynas â chof ar gyfer ysgogiadau niwtral. Mewn cyferbyniad, dangosodd sawl astudiaeth nad yw HRV yn ystod deffro yn rhagweld perfformiad cof ysbeidiol (105-107). Gyda'i gilydd, y darlun sy'n dod i'r amlwg o rôl mewnbynnau CNS ac ANS ar gyfer gwelliant gwybyddol yw mai SWS yw'r cyflwr ymennydd gorau posibl ar gyfer sefydlogi atgofion episodig, hirdymor, anemosiwn, yn ogystal ag ar gyfer gwella swyddogaeth weithredol, ond nid o reidrwydd drwy'r un mecanweithiau.

Sut i Wneud Gweithio a Cof Hirdymor yn Rhyngweithio Yn ystod Cwsg?
Er bod astudiaethau wedi dangos bod SWS (gan gynnwys SWA a SOs) a gweithgaredd vagal yn ystod SWS yn cyfrannu at WM a bod cyfadeiladau crychdonni SO-spindle yn cyfrannu at LTM episodig, mae'r berthynas rhwng WM ac LTM episodig yn parhau i fod yn aneglur. Ar un llaw, mae astudiaethau wedi dangos cysylltiadau cadarnhaol rhwng WM a LTM, fel bod WM yn cynyddu adnabyddiaeth LTM a gallu WM yn cyfyngu ar amgodio LTM (108). Ar y llaw arall, mae Hoskin et al. dangos bod adweithio cof ysbeidiol yn ystod deffro yn ymyrryd â chynnal a chadw WM (109). Yn benodol, dysgodd y cyfranogwyr restrau geiriau, a chawsant naill ai eu profi yn syth ar ôl amgodio (WM tymor byr) neu gyflawni tasg tynnu sylw pan adferwyd y cof episodig (adweithiol LTM). Roeddent yn dangos bod y cyfnod oedi wedi cyflwyno gwybodaeth ychwanegol a gafodd ddylanwad negyddol ar waith cynnal a chadw WM. Mae hyn yn awgrymu y gallai patrymau gweithgaredd cydgysylltiedig ar draws ystod eang o ranbarthau cortigol, gan gynnwys y cortecs rhagflaenol, a ysgogir gan adweithio cof ddwyn adnoddau o waith cynnal a chadw WM. Felly, gall WM a chof episodig gael eu cefnogi gan fecanweithiau niwral ar wahân a allai fod yn gystadleuol, sef y rhwydwaith rhagflaenol-isgortigol LC-NE a rhwydwaith hippocampal thalamocortigol GABAergic, yn y drefn honno.

Ar y lefel niwrofodiwlaidd, ynghyd â gwelliant LC-NE o WM (astudiaethau VNS), mae astudiaethau anifeiliaid wedi cysylltu'r system hon yn ystod ac yn syth ar ôl amgodio profiadau newydd (110, 111) ac mewn mynegiant genynnau sy'n dibynnu ar ddeffro yn rheoleiddio nerth synaptig sy'n cefnogi dysgu ( 112). Fodd bynnag, er bod anactifadu LC cildroadwy yn ystod tasg drysfa ddŵr Morris yn dangos namau sylweddol mewn amgodio cof gofodol a WM, ni effeithiwyd ar gydgrynhoi, a chadw cof gofodol (113). Gyda'i gilydd, mae'r canfyddiadau hyn yn awgrymu y gallai'r system LC-NE chwarae rhan bwysig yn y broses o gaffael profiadau newydd yn gynnar ac effeithlonrwydd rheolaeth wybyddol, ond nid wrth gydgrynhoi ac adalw LTM.

Mewn bodau dynol, mae canfyddiadau diweddar yn llenyddiaeth tVNS wedi cadarnhau rôl swyddogaethol ddetholus y system LC-NE mewn rheolaeth wybyddol, ond nid yn LTM. Dangosodd meta-ddadansoddiad o 19 astudiaeth tvNS (114) effeithiau sylweddol TVNS acíwt ar reolaeth ataliol wybyddol, yn enwedig wrth i anhawster tasg gynyddu, ond dim tystiolaeth i gefnogi effeithiolrwydd TVNS ar berfformiad LTM, sylw, neu barthau gwybyddol eraill. Yn benodol, mae Mertens et al. (115) nad oedd TVNS yn effeithio ar gof adnabod geiriau ar unwaith neu o oedi mewn oedolion ifanc a chanol oed. Ar ben hynny, gan ddefnyddio ffarmacoleg, mae Lozano-Soldevilla et al. (116) yn gweinyddu benzodiazepine GABAergic (lorazepam) i oedolion iach ac adroddwyd gostyngiadau dos-ddibynnol yn WM, wedi'i ysgogi gan lai o rym gama ac alffa, sy'n awgrymu perthynas antagonistaidd rhwng GABA a rhwydweithiau LC-NE prefrontal-subcortical.

Gall cystadleuaeth rhwng y rhwydweithiau hyn fod yn arbennig o gyffredin yn ystod cwsg all-lein (117, 118). Yn ystod crychdonnau hippocampal, llofnodion ailchwarae LTM, a chyfuno, mae Logothetis et al. (117) wedi dadactifadu mewn rhanbarthau brainstem sy'n rheoleiddio'r ANS. Gall y canlyniadau hynod ddiddorol hyn olygu, yn ystod cydgrynhoi cof sy'n ddibynnol ar gwsg, y gall cyfadeiladau crychdonni / gwerthyd drefnu cyflwr rhyngweithio breintiedig rhwng hippocampus a cortecs trwy dawelu'r allbwn o ranbarthau diencephalic, midbrain, a brainstem ( OS Atodiad, Ffig. S3). Yn ddiddorol, mae dadactifadu'r ganglia gwaelodol, y rhanbarth pontine a'r cortecs cerebellar, yn gyson â thystiolaeth flaenorol o gystadleuaeth rhwng systemau cof episodig a gweithdrefnol (119). Yn y cyfeiriad arall, mae Novitskaya et al. (118) yn arbrofol gynyddu NE trwy ysgogiad graddol-LC a rhwystro cynhyrchu gwerthydau cortigol sy'n gysylltiedig â crychdonni, gan ymyrryd â chydgrynhoi LTM gofodol. Ar ben hynny, mae Marzo et al. (120) wedi dangos bod ysgogiad graddol o LC mewn llygod mawr anaesthetized yn atal gwerthydau dros dro wrth ddwyn i gof sbeicio parhaus yn y cortecs rhagflaenol medial a oedd yn debyg i weithgaredd rhagflaenol dibynnol NE yn ystod cyfnod oedi tasgau WM. Mae dogfennaeth dda hefyd bod mewnbwn NE yn symud y rhwydwaith thalamocortigol o gyflwr cydamserol sy'n gysylltiedig â SOs a gwerthydau i gyflwr dad-gydamserol a nodweddir gan fwy o ymatebolrwydd niwronau i fewnbynnau synaptig, sy'n fwy optimaidd ar gyfer amgodio a phrosesu synhwyraidd (121).

Felly, gallai gwrthdaro deugyfeiriadol, cilyddol rhwng systemau thalamig-hippocampal-cortigol a rhagflaenol-isgortigol-awtonomig yn ystod NREM fod yn sail i'r cyfaddawd ymddygiadol a adroddwyd rhwng LTM episodig a WM. Er mwyn profi'r posibilrwydd hwn, mae Chen et al. defnyddio agonist GABA-A, zolpidem, i ymchwilio i gyfeiriadedd y cydadwaith rhwng y systemau vagal a gwerthyd yn ystod cwsg dros nos a'u heffaith ar wella WM a chyfuno cof ysbeidiol (122). Ynghyd â gwella gweithgaredd gwerthyd a chyfuno LTM episodig, dangosodd zolpidem hefyd ataliad vagal a llai o welliant WM o'i gymharu â plasebo ( OS Atodiad, Ffig. S4A). Roedd gweithgaredd Vagal yn ystod SWS yn cydberthyn yn gadarnhaol â gwelliant WM ( OS Atodiad, Ffig. S4 B ) ond yn cydberthyn yn negyddol â chadw LTM ( OS Atodiad, Ffig. S4C ). Dangosodd amcangyfrif o gysylltedd effeithiol (123, 124) fod osgiliadau cortigol yn yr ystod gwerthyd yn dangos ataliad achosol dros weithgaredd ymreolaethol vagal yn yr amodau zolpidem a plasebo, yr oedd ei faint yn gysylltiedig â chyfaddawd rhwng LTM episodig gwell ar gost llai o welliant WM. Yn ogystal, roedd cyplu gwerthyd-SO yn gysylltiedig â chyfaddawd ymddygiad tebyg, gyda mwy o gyplu gwerthyd-SO yn gysylltiedig â llai o welliant WM. Mae'r canfyddiadau hyn yn gyson â'r syniad bod cyfathrebu hippocampal-thalamocortical GABAergic a chyfathrebu blaen-isgortigol LC-NE yn cystadlu am adnoddau yn ystod cwsg SWS ac y gellir gogwyddo'r rhyngweithio hwn tuag at gydgrynhoi LTM trwy gynyddu gwerthydau / sigma, yn yr achos hwn yn ffarmacolegol, ac mae'n debyg y byddai dulliau eraill yn cael effeithiau rhagweladwy. Er enghraifft, rydym yn rhagdybio y byddai VNS yn gogwyddo'r rhyngweithio i'r cyfeiriad arall trwy wella gweithgaredd vagal a gwelliant WM ar draul gwerthydau ynghyd â pherfformiad SOs a LTM.

Y Model Newid Osgiliad Araf

Mae'r Model Newid Osgiliad Araf (Ffig. 2) yn cynnig bod yr ymennydd yn newid rhwng ar wahân a heb fod yn gorgyffwrdd. rhwydweithiau ataliol rhagflaenol-awtonomig. Yn ystod y cyflwr WM, mae SOs heb werthydau yn hyrwyddo mwy o effeithlonrwydd niwral o fewn y rhwydwaith rhagflaenol-isgortigol-awtonomig. Mae'r ddeinameg gystadleuol rhwng y rhwydweithiau hyn yn cael eu harwain yn ddamcaniaethol gan astudiaethau anifeiliaid sy'n dangos cysylltiadau antagonistaidd rhwng rhanbarthau'r ymennydd sy'n rheoleiddio gweithgaredd awtonomig yn erbyn ailchwarae cof (117, 118) a thystiolaeth ar gyfer newid cyfnodol rhwng gwerthydau a gweithgaredd awtonomig (126).

Rydym yn damcaniaethu ymhellach y gall gwerthydau weithredu fel mecanwaith gatio sy'n rheoleiddio adnoddau SO ar gyfer prosesau eraill. O ystyried bod ∼20% o SOs yn ystod NREM wedi'u cyplysu â gwerthyd (127), mae hyn yn gadael digon o adnoddau i'w rhannu ymhlith prosesau eraill. Mae gwaith diweddar yn dadansoddi nodweddion gofodol SOs wedi sefydlu y gellir eu categoreiddio yn dri math, SO byd-eang, blaen, a lleol, gyda SOs byd-eang yn cyd-ddigwydd yn amlach â gwerthydau (127). Dangoswyd bod SOs byd-eang yn cefnogi cyfathrebu ystod hir, yn cynyddu cyplu gwerthyd, ac yn rhagweld cydgrynhoi LTM (128), tra bod gan SOs blaen osgled is na SOs byd-eang, wedi'u lledaenu o fewn y cortecs blaen yn unig, a gallant fod yn ymgeiswyr addawol ar gyfer addasu rhagflaenol - rhwydweithiau subcortical-awtonomig sy'n cefnogi WM. Rydym yn damcaniaethu y gall SOs blaen hefyd fod yn don gario ar gyfer prosesau adferol sy'n hwyluso clirio glymphatic rhagflaenol, gan fod astudiaethau wedi nodi bod SOs yn cael eu cyplysu dros dro â chliriad glymphatic serebro-sbinol ac yn rhagflaenu (129, 130), ond nid yw'r astudiaethau hyn wedi gwahaniaethu rhwng categorïau SO. . Gall SOs blaen reoleiddio gweithgaredd vagal, a thrwy hynny hyrwyddo tanio niwronau LC yn raddol a chlirio tau (35). Dangosodd astudiaeth ddiweddar fod ysgogiad clywedol nid yn unig yn rhoi hwb i SOs blaen ond hefyd yn cynyddu HRV vagal (131). Gyda'i gilydd, gallai gweithgaredd vagal gynyddu effeithlonrwydd rhagflaenol ac awtomatigrwydd rhwydweithiau swyddogaethol WM trwy glirio glymffatig sy'n digwydd yn ystod SOs blaen yn ddelfrydol. Gellir profi'r damcaniaethau hyn yn arbrofol, ac mae angen mwy o ymchwil i egluro ymhellach ddeinameg cwsg a allai fod yn gystadleuol, sy'n cefnogi ystod eang o feysydd gwybyddol.

Sylwadau Clo a Chyfeiriadau'r Dyfodol

WM yw'r gallu i gadw ychydig o wybodaeth yn weithredol ac yn berthnasol am gyfnod byr o amser, tra bod cof episodig yn gronfa ddiderfyn i bob golwg o brofiadau hunangofiannol, y gellir eu dwyn i gof yn benodol bob un ohonynt. Dangoswyd bod cwsg, yn benodol gweithgaredd yr ymennydd yn ystod SWS, yn dylanwadu ar y ddau fath o brosesau cof. Yn ogystal, mae gweithgaredd vagal a fesurir gan HF-HRV yn gysylltiedig â WM, tra bod astudiaethau sy'n ymchwilio i effaith ANS ar gof episodig yn cynhyrchu canlyniadau anghyson. Nid yw'r mecanwaith sy'n sail i sut mae gweithgaredd CNS ac ANS yn ystod cwsg yn cydgysylltu i hwyluso'r ddau fath o brosesau gwybyddol yn hysbys. I bontio'r bwlch hwn, rydym yn cyflwyno'r Model Newid Osgiliad Araf, sy'n nodi bod cwsg yn faes cystadleuol lle mae LTM a WM episodig yn cystadlu am adnoddau cyfyngedig. Er y credir bod y model hwn yn digwydd yn naturiol, datgelir gweithrediad mewnol y system yn arbrofol mewn astudiaethau sy'n ymhelaethu ar un ochr i'r cyfaddawd (ee, gwerthydau sy'n cynyddu'n ffarmacolegol neu ysgogiadau LC a achosir gan grychdonnau) gyda gostyngiadau rhagweladwy mewn gweithgaredd vagal a perfformiad WM postsleep neu gyplu crychdonni/gwerthyd ac LTM.

Os yw cwsg yn gweithredu fel switsh sy'n toglo rhwng y prosesau awtonomig rhagflaenol-isgortigol LC-NE a'r ailchwarae thalamocortig-hippocampal GABAergig, un cwestiwn yw beth sy'n pennu blaenoriaeth y mecanwaith switsh. Rydym yn ystyried dau bosibilrwydd - newid cyfnodol naturiol yn erbyn tuedd sy'n dibynnu ar brofiad. Mae Lecci et al. (126) yn dangos patrwm bob yn ail gyfnod rhwng pyliau gwerthyd a chyflymiadau cyfradd curiad y galon, yn digwydd bob 50 s, gan gefnogi posibilrwydd bod y mecanweithiau Switsh Osgiliad Araf bob yn ail gyfnod o dan amodau tonig. Fel arall, gallai dysgu, profiadau emosiynol, newydd-deb, neu lwyth gwybyddol bennu blaenoriaethu. Yn gyson â'r syniad hwn, mae tasgau cof mwy heriol yn dangos nifer fwy o werthydau yn ystod cwsg dilynol (132). Yn yr un modd, gall hyfforddiant WM dwys gynyddu SOs blaen a gweithgaredd vagal i raddau uwch, o'i gymharu â hyfforddiant WM llai dwys (22, 84). Byddai astudiaethau yn y dyfodol sy'n ymchwilio i sut mae ein hymennydd a'n corff yn cydlynu i reoli'r switsh hwn yn caniatáu dealltwriaeth bellach o'r ddeinameg gystadleuol rhwng gwahanol barthau cof.

Yn draddodiadol, ystyriwyd bod WM yn nodwedd na ellir ei haddasu, ac eto mae astudiaethau hyfforddi WM wedi dangos bod swyddogaeth weithredol yn gyffredinol a WM yn benodol yn gwella (20), ac mae astudiaethau diweddar yn dangos bod cwsg yn cefnogi'r gwelliant hwn (78, 82). Fodd bynnag, nid yw mecanweithiau sylfaenol y budd hwn yn glir. Ymhellach, ychydig a wyddom am sut y gallai rhwydweithiau ymreolaethol rhagflaenol-isgortigol gydlynu SOs a gweithgaredd vagal i hwyluso WM. Awgrymodd un astudiaeth gysylltiad rhwng rheolaeth wybyddol, gweithgaredd vagal, ac awtomatigrwydd yn y rhwydweithiau awtonomig rhagflaenol-isgortigol. Mae Lin et al. dangos bod hyfforddiant gwybyddol wedi lleihau cysylltedd swyddogaethol yn y rhwydweithiau dwyochrog striatum-rhagflaenol tra'n cynyddu gweithgaredd vagal, a thrwy hynny hwyluso perfformiad mewn tasgau hyfforddedig a heb eu hyfforddi, gyda llai o adnoddau sydd eu hangen ar gyfer rheolaeth ataliol wybyddol lwyddiannus (22). Fodd bynnag, mae sut mae deinameg o'r fath yn cael ei fodiwleiddio yn ystod cwsg neu SOs yn dal heb ei archwilio. Mae astudiaethau delweddu niwral yn y dyfodol gydag EEG-fMRI ar yr un pryd yn hanfodol i ganiatáu dealltwriaeth o'r mecanweithiau niwral sy'n sail i blastigrwydd WM yn ystod digwyddiadau cysgu penodol.

Er bod cynnydd sylweddol wedi'i wneud dros y degawd diwethaf, mae llawer i'w ddeall o hyd am rôl cwsg mewn gwahanol feysydd gwybyddol. Yma, rydym yn cyflwyno senario lle mae LTM a WM episodig yn cael eu cefnogi gan gylchedau ar wahân sy'n cystadlu am adnoddau cyfyngedig yn ystod cwsg. Yn bwysig, rydym yn tynnu sylw at y potensial y gallai SOs gael eu rhannu ymhellach yn is-gategorïau sy'n gysylltiedig â swyddogaethau gwahanol, gan y gallai fod gan ddigwyddiadau electroffisiolegol sy'n rhannu'r un amledd swyddogaethau ar wahân, posibilrwydd a archwiliwyd yn ddiweddar gan Ngo a chydweithwyr, sy'n dangos datgysylltiad swyddogaethol rhwng delta a SOs, gyda thonnau delta yn hwyluso anghofio tra bod SOs yn fwy tebygol o baru â gwerthydau a hwyluso cydgrynhoi LTM episodig (133, 134). Rydym yn cynnig y gallai nodi biomarcwyr awtonomig-ganolog yn ystod cwsg ar gyfer gwahanol brosesau gwybyddol a deall eu dynameg cystadleuol hwyluso mewnwelediadau newydd i fodelau cof a darparu targedau newydd i frwydro yn erbyn clefyd niwroddirywiol.

Data, Deunyddiau, a Meddalwedd Argaeledd.

Nid oes unrhyw ddata sy'n sail i'r gwaith hwn.

DIOLCHIADAU.

Cefnogwyd y gwaith hwn gan NIH Grant R01-AG062288 i SCM

Cyfeiriad

1. MA Hagenaars, M. Oitzl, K. Roelofs, Diweddaru rhewi: Alinio ymchwil anifeiliaid a dynol. Neurosci. Biobihav. Dat. 47, 165–176 (2014).

2. K. Miki, M. Yoshimoto, Rôl newidiadau gwahaniaethol mewn gweithgaredd nerf sympathetig yn yr addasiadau paratoadol o swyddogaethau cardiofasgwlaidd yn ystod ymddygiad rhewi mewn llygod mawr. Exp. Physiol. 95, 56–60 (2010).

3. SE Taylor et al., Ymatebion bio-ymddygiadol i straen ymhlith merched: Tueddu a bod yn gyfaill, nid ymladd-neu-hedfan. Seicoleg. Dat. 107, 411–429 (2000).

4. LN Whitehurst, A. Subramoniam, A. Krystal, AA Prather, Cysylltiadau rhwng yr ymennydd a'r corff yn ystod cwsg: Goblygiadau ar gyfer prosesu cof. Tueddiadau Neurosci. 45, 212–223 (2022).

5. S. Breit, A. Kupferberg, G. Rogler, G. Hasler, nerf fagws fel modulator o echelin ymennydd-perfedd mewn anhwylderau seiciatrig ac ymfflamychol. Blaen. Seiciatreg 9, 44 (2018).

6. M. Kalia, JM Sullivan, Rhagamcanion Brainstem o gydrannau synhwyraidd a modur y nerf fagws yn y llygoden fawr. J. Comp. Neurol. 211, 248–265 (1982).

7. KK Sumal, WW Blessing, TH Joh, DJ Reis, VM Pickel, Rhyngweithiad synaptig o afferents vagal a niwronau catecholaminergig yn y cnewyllyn llygod mawr tractus solitarius. Ymennydd Res. 277, 31–40 (1983).

8. F. Shaffer, R. McCraty, CL Zerr, Nid metronom yw calon iach: Adolygiad integreiddiol o anatomeg y galon ac amrywioldeb cyfradd curiad y galon. Blaen. Seicoleg. 5, 1040 (2014).

9. JF Thayer, RD Lane, Claude Bernard, a'r cysylltiad calon-ymennydd: Ymhelaethu ymhellach ar fodel o integreiddio niwro-ymennydd. Neurosci. Biobihav. Dat 33, 81–88 (2009).

10. RE Kleiger, PK Stein, JT Bigger, Jr, Amrywioldeb cyfradd curiad y galon: Mesur a chyfleustodau clinigol. Ann. Electrocardiol anfewnwthiol. 10, 88–101 (2005).

11. S. Laborde, E. Mosley, JF Thayer, Amrywioldeb cyfradd y galon a thôn vagal cardiaidd mewn ymchwil seicoffisiolegol - argymhellion ar gyfer cynllunio arbrofion, dadansoddi data, ac adrodd ar ddata. Blaen. Seicoleg. 8, 213 (2017).

12. M. Malik, Amrywioldeb cyfradd y galon. Ann. Electrocardiol anfewnwthiol. 1, 151–181 (1996).

13. V. Menon, M. D'Esposito, Rôl rhwydweithiau PFC mewn rheolaeth wybyddol a swyddogaeth weithredol. Niwroseicoffarmacoleg 47, 90–103 (2021).

14. A. Baddeley, Cof gweithio. Gwyddoniaeth 255, 556–559 (1992).

15. TS Braver, JR Gray, GC Burgess, "Egluro'r amrywiaethau niferus o amrywiad cof gweithio: Mecanweithiau deuol o reolaeth wybyddol" yn Amrywiad mewn Cof Gweithio, A. Conway, C. Jarrold, M. Kane, A. Miyake, J .Towse, Eds. (Gwasg Prifysgol Rhydychen, 2007), tt. 76–106.

For more information:1950477648nn@gmail.com