ヒト海馬および新皮質における睡眠依存性シータ振動

急速眼球運動（REM）睡眠中に記録された海馬シータ波は、下哺乳類の記憶統合に重要な役割を果たすと考えられていますが、ヒト海馬における同様のシータ振動を検出する以前の試みは失敗しました。てんかん患者からの硬膜および深さ記録を使用して、ヒトの状態依存性海馬科波（4〜7 Hz）の最初の証拠を報告します。ただし、げっ歯類の連続したシータとは異なり、これらの振動は、短い（約1秒）バーストでのレム睡眠中およびより長い時代に目を覚ます遷移中に一貫して観察されました。シータ波は、睡眠から覚醒への移行中および静かな覚醒状態では、remではなく、基底側頭葉と前頭皮質でも観察され、それらは海馬のシータ発振と一貫性がありませんでした。シータ期間中の新皮質と海馬の間に機能的な結合がないことは、人間の脳に複数のシータジェネレーターが存在し、脳の状態によって動的に調節されていることを示しています。ガンマの振動もレムシータバースト中に存在していましたが、ガンマパワーの変動はシータ相に関連しておらず、げっ歯類とヒトシータ特性の間に別の有意差を指摘しました。一緒に、これらの発見は、ヒトのシータ振動の生成メカニズムが、レム睡眠中に海馬の強壮剤から位相に進化し、海馬から皮質まで延長された可能性があることを示唆しています。

Hippocampal theta waves recorded during rapid eye movement (REM) sleep are thought to play a critical role in memory consolidation in lower mammals, but previous attempts to detect similar theta oscillations in the human hippocampus have been unsuccessful. Using subdural and depth recordings from epileptic patients, we now report the first evidence of state-dependent hippocampal theta waves (4-7 Hz) in humans. Unlike the continuous theta in rodents, however, these oscillations were consistently observed during REM sleep in short (approximately 1 sec) bursts and during transitions to wake in longer epochs. Theta waves were also observed in the basal temporal lobe and frontal cortex during transitions from sleep to wake and in quiet wakefulness but not in REM, and they were not coherent with hippocampal theta oscillations. The absence of functional coupling between neocortex and hippocampus during theta periods indicates that multiple theta generators exist in the human brain, and that they are dynamically regulated by brain state. Gamma oscillations were also present during REM theta bursts, but the fluctuations in gamma power were not associated with theta phase, pointing out another significant difference between rodent and human theta properties. Together, these findings suggest that the generation mechanisms of theta oscillations in humans might have evolved from tonic to phasic in hippocampus during REM sleep and extended from hippocampus to cortex, where they appear in certain wakefulness-related states.