28183

مكانيزم نوروني حافظه كاري در قشر پيش پيشاني و سيستم بينايي

دكتري

برق- مخابرات سيستم

1396

1401/10/27

محمد رضا دليري

بهراد نوعدوست

برق

هدف ما در اين تحقيق بررسي چگونگي پردازش اطلاعات در مغز در زمان انجام وظايف حافظه‌اي بوده است. ذخيره‌سازي اطلاعات، آن‌چنان‌كه در بسياري از مطالعات نشان داده‌شده است، بخش‌هاي مختلف مغز شامل نواحي حسي و بخش پيشاني را شامل مي‌شود. ازاين‌رو مطالعات ما بر روي سه داده اصلي شامل دو مدل حيواني (موش صحرايي و ميمون ماكاك) و يك داده الكتروانسفالوگرام ثبت‌شده از انسان در زمان انجام وظايف مختلف حافظه‌اي انجام شد. بررسي‌هاي انجام‌شده نقش فعاليت باند تتا را در بخش مياني پيش پيشاني موش صحرايي در زمان نگهداري اطلاعات حركتي و نيز نقش محتمل آن در مدوله كردن سيگنال توجه را در زمان به يادآوردن اطلاعات كه جهت تصميم‌گيري استفاده خواهند شد را نشان دادند. جفت‌شدگي بين دامنه نوسانات در فركانس بالا و فاز ريتم تتا ديگر پديده‌اي بود كه در زمان تصميم‌گيري بر اساس اطلاعات موجود در حافظه در بخش مياني پيش پيشاني موش صحرايي در وظيفه مسيريابي ديده شد. علاوه بر اين ما نشان داديم كه قرارگيري در معرض تابش الكترومغناطيسي در محدوده فركانسي تلفن همراه مي‌تواند منجر به كاهش عملكرد موش صحرايي در انجام مسيريابي در يك وظيفه حافظه كاري شود. سپس بررسي سيگنال مغزي در بخش پيش پيشاني مشخص كرد كه اين كاهش عملكرد هم سو با تغييرات فعاليت مغزي در محدوده باند فركانس بالا و تتا و نيز تخريب جفت‌شدگي بين دامنه و فاز دو باند فركانسي مي‌شود. ما همچنين در مطالعه ديگري كه بر روي بخش حسي بينايي V4 و ناحيه چشمي قدامي مغز ميمون ماكاك انجام شد؛ نشان داديم كه دو ناحيه در بازه تأخير در زمان انجام وظيفه ساكاد با هدايت چشمي، از طريق هم‌فازي بين ريتم‌هاي آلفا-بتا ارتباط برقرار مي‌كنند. ارتباطي كه مي‌تواند در كنار فعاليت‌هاي نوساني باند گاما (كه مي‌تواند منعكس‌كننده‌ي فعاليت نورون‌هاي دروني مهاري باشد) در داخل ناحيه، فعاليت نوروني داخل اين ناحيه حسي را به‌عنوان بخشي از شبكه نوروني حفظ اطلاعات، مدوله كند. ما همچنين با توجه به اهميت جداسازي فعاليت فركتال در زمان بررسي نوسانات مغزي، روشي مبتني بر داده را ارائه كرديم كه مي‌تواند سيگنال مغزي را در حوزه زمان به مؤلفه‌هاي نوساني متناوب و فعاليت پس‌زمينه غير متناوب (فركتال) تجزيه كند. به‌كارگيري اين روش در تجزيه سيگنال الكتروانسفالوگرام ثبت‌شده در زمان انجام دو نوع وظيفه حافظه كاري نشان داد كه فعاليت فركتال مغز در اثر آسيب به بخش پيش پيشاني مغز مي‌تواند تغيير كند. همچنين بررسي روي توان بخش نوساني در محدوده باند آلفا (استخراج‌شده توسط روش پيشنهادي) نشان داد كه فعاليت‌هاي مغزي در زمان به خاطر سپردن جنبه‌هاي مختلفي از محرك‌هاي بصري (ماهيت و ارتباط مكاني-زماني) متفاوت خواهد بود.

1402/02/13

Neuronal mechanism of working memory in frontal cortex and visual system

1/17/2024 12:00:00 AM

Our goal in this research was to investigate how information is processed in the brain while performing memory tasks. Memory, as shown in many studies, involves different parts of the brain, including the sensory areas and the frontal part. Accordingly, our studies were conducted on three main data including two animal models (rat and macaque monkey) and an electroencephalogram data recorded from humans while performing different memory tasks. The studies showed the role of theta band activity in the middle prefrontal part of the rat during the storage of motor information and also its possible role in modulating the attention signal during the recall of information for decision making. Coupling between the amplitude of oscillations at high frequency and the phase of the theta rhythm was another phenomenon that was seen at the time of decision making based on the information in the memory in the middle prefrontal part of the rat when doing the navigation task. In addition, we showed that exposure to electromagnetic radiation in the frequency range of a mobile phone can lead to a decrease in the performance of rats in performing navigation in a working memory task. Then, the examination of the brain signal in the prefrontal section revealed that this decrease in performance coincides with changes in brain activity in the range of the high frequency band and theta, as well as the destruction of the coupling between the amplitude and phase of the two frequency bands. Moreover, we showed in another study that was conducted on the visual sensory part of V4 and the anterior eye area of the macaque monkey brain that the two areas in the delay interval during the eye-guided saccade task communicates through co-phasing between alpha-beta rhythms. This connection could modulate the neuronal activity within this sensory area as part of the information retention neural network, in addition to gamma-band oscillatory activity (which could reflect the activity of inhibitory interneurons) within the region. We also presented a data-driven method that can decompose the brain signal in the time domain into periodic oscillatory components and non-periodic background activity (fractal), considering the importance of separating fractal activity during the investigation of brain oscillations. The application of this method in the analysis of the electroencephalogram signal recorded during two types of working memory tasks showed that the fractal activity of the brain can change due to damage to the prefrontal part of the brain. Also, the examination of the power of the oscillatory part in the range of the alpha band (extracted by the proposed method) showed that brain activities will be different when remembering different aspects of visual stimuli (nature and spatio-temporal relationship).

حافظه كاري , تجزيه به مؤلفه‌هاي متناوب و فركتال , ارتباط مغزي

Working memory , Decomposition into the periodic and aperiodic components , Brain connectivity

ashkan farrokhi

mohammad reza daliri