Dynamic networks of cortico-muscular interactions in sleep and neurodegenerative disorders.

Araştırma özeti

Kaynak özetin Türkçe makine çevirisi. Klinik kullanım öncesinde özgün yayınla karşılaştırılmalı; hekim incelemesi değildir. cc by

Beyin, skeleto-kas ve lokomotor sistemi de dahil olmak üzere fizyolojik sistemlerin düzenlenmesinde merkezi rol oynar. Kortiko-kas koordinasyonu çalışmaları öncelikle belirli beyin dalgalarının hareket görevleri ve dinamikleri arasındaki ilişkilere odaklanmıştır. Bununla birlikte, beyin dalgaları ve lokomotor kontrolün altında yatan kas aktivite ritimleri arasındaki eşzamanlı koordinasyonun beyin-kas fonksiyonel ağları bilinmemektedir. Burada şu temel soruları ele alıyoruz: kortiko-kas ağlarının yapısı ve dinamikleri nelerdir; belirli beyin dalgalarının lokomotor kontrolde ana ağ aracıları olup olmadığı; hiyerarşik ağ organizasyonunun uyanma, uyku, uyku aşamaları gibi otonom düzenleme altındaki farklı fizyolojik durumlarla nasıl ilişkili olduğu; ve ağ dinamiklerinin nörodejeneratif bozukluklarla nasıl değiştiği. Sağlıklı ve Parkinson hastalığı (PD) deneklerde bacak ve çene kası aktivitesinde belirgin ritimlerle kortikal konumlar boyunca fizyolojik olarak ilgili tüm beyin dalgaları arasındaki etkileşimleri inceliyoruz. Ağ Fizyolojisi çerçevesini ve zaman gecikme kararlılığı yaklaşımını kullanarak, 1) her fizyolojik durumun, belirli hiyerarşik organizasyon ve bağlantı gücü profili ile benzersiz bir kortiko-kas etkileşim ağı ile karakterize olduğunu görüyoruz; 2) her durum sırasında kortiko-kas etkileşimlerinde ana arabulucu olarak belirli beyin dalgaları rol oynar; 3) PD, kortiko-kas ağlarının kaslara özgü bozulmasına yol açar, ağ bağlantısı ve bağlantı gücündeki uyku evresi katmanlaşma desenini değiştirir. Sağlıklı deneklerde kortiko-kas ağları, uyanma ve hafif uyku sırasında daha güçlü bağlantılar ve REM ve derin uyku sırasında daha zayıf bağlantılarla belirgin bir tabakalaşma gösterir. Buna karşılık, ağ etkileşimleri, PD'de bağlanmadaki düşüş ve uyanma ve REM olmayan uyku sırasındaki gücü bağlar ve REM sırasında artar, bu da ağ bağlantılarındaki kademeli düşüşle belirgin bir şekilde farklı tabakalaşmaya yol açar. uyanmadan REM'e, ışık ve derin uyku. Ayrıca, uyanma ve uyku aşamalarının, PD ile değiştirilen spesifik bağlantı güç profilleri ile karakterize edildiğini, beyin dalgaları ve kas ritimleri arasındaki eşzamanlı aktivite ve ağ iletişimindeki bozulmayı gösterdiğini görüyoruz. Bulgularımız, Parkinson ve nörodejeneratif bozuklukların, hareketin ve uyku bozukluklarının erken tespiti için yeni ağ tabanlı biyobelirteçler için potansiyel klinik etkileri olan, daha önce tanınmayan fonksiyonel ağların ve beyin kontrolünün temel ilkelerinin varlığını göstermektedir.

Özgün kaynak özetini okuyun

The brain plays central role in regulating physiological systems, including the skeleto-muscular and locomotor system. Studies of cortico-muscular coordination have primarily focused on associations between movement tasks and dynamics of specific brain waves. However, the brain-muscle functional networks of synchronous coordination among brain waves and muscle activity rhythms that underlie locomotor control remain unknown. Here we address the following fundamental questions: what are the structure and dynamics of cortico-muscular networks; whether specific brain waves are main network mediators in locomotor control; how the hierarchical network organization relates to distinct physiological states under autonomic regulation such as wake, sleep, sleep stages; and how network dynamics are altered with neurodegenerative disorders. We study the interactions between all physiologically relevant brain waves across cortical locations with distinct rhythms in leg and chin muscle activity in healthy and Parkinson's disease (PD) subjects. Utilizing Network Physiology framework and time delay stability approach, we find that 1) each physiological state is characterized by a unique network of cortico-muscular interactions with specific hierarchical organization and profile of links strength; 2) particular brain waves play role as main mediators in cortico-muscular interactions during each state; 3) PD leads to muscle-specific breakdown of cortico-muscular networks, altering the sleep-stage stratification pattern in network connectivity and links strength. In healthy subjects cortico-muscular networks exhibit a pronounced stratification with stronger links during wake and light sleep, and weaker links during REM and deep sleep. In contrast, network interactions reorganize in PD with decline in connectivity and links strength during wake and non-REM sleep, and increase during REM, leading to markedly different stratification with gradual decline in network links strength from wake to REM, light and deep sleep. Further, we find that wake and sleep stages are characterized by specific links strength profiles, which are altered with PD, indicating disruption in the synchronous activity and network communication among brain waves and muscle rhythms. Our findings demonstrate the presence of previously unrecognized functional networks and basic principles of brain control of locomotion, with potential clinical implications for novel network-based biomarkers for early detection of Parkinson's and neurodegenerative disorders, movement, and sleep disorders.

Bilimsel değerlendirme

Araştırma sorusu

Sorunun kapsamı orijinal çalışma üzerinden değerlendirilir.

Yöntem ve örneklem

Çalışma tasarımı ve örneklem için kaynak makaleyi kontrol edin.

Temel bulgular

Bu kayıt için editoryal olarak onaylanmış bulgu özeti henüz yayımlanmadı.

Sınırlılıklar

Sonuçların genellenebilirliği, yanlılık ve klinik anlamı ayrıca incelenmelidir.

Bibliyografik veriden yöntem, örneklem veya klinik sonuç çıkarımı yapılmaz.