位相ロックされた閉ループ超音波刺激は、マウス海馬のシータとガンマのリズムを調節します

以前の研究では、オープンループ経頭蓋超音波刺激（TUS）が、マウス海馬の局所電界電位（LFP）のシータとガンマのリズムを調節できることが実証されています。ただし、シータリズムの位相ロックに基づいて異なる圧力を伴う閉ループTUSがシータとガンマのリズムを調節する方法は不明のままです。この研究では、閉ループTUSシステムを確立しました。これは、シータリズムのピークとトラフを予測することで閉ループTUSを実行できます。シータリズムの下でのシータとガンマリズムの間のパワー、サンプルエントロピーと複雑さ、および位相振幅カップリング（PAC）の比較は、次のことを明らかにしました。（1）ガンマリズムの絶対パワーの変化0.6-0.8 MPaでのTUSの下でのシータリズムの相対的なパワーは、ピーク刺激とトラフ刺激の間で異なります。（2）シータとガンマリズムのサンプルエントロピーと超音波圧力との関係は、ピークとトラフ刺激に依存します。（3）超音波圧力の関数として、ピークとトラフ刺激は、シータとガンマのリズムの間のPAC強度に影響します。これらの結果は、超音波圧によるシータとガンマのリズムの変調が、マウス海馬のシータリズムのピークとトラフ刺激に依存することを示しています。

Previous studies have demonstrated that open-loop transcranial ultrasound stimulation (TUS) can modulate theta and gamma rhythms of the local field potentials (LFPs) in the mouse hippocampus; however, the manner in which closed-loop TUS with different pressures based on phase-locking of theta rhythms modulates theta and gamma rhythm remains unclear. In this study, we established a closed-loop TUS system, which can perform closed-loop TUS by predicting the peaks and troughs of the theta rhythm. Comparison of the power, sample entropy and complexity, and phase-amplitude coupling (PAC) between the theta and gamma rhythms under peak and trough stimulation of the theta rhythm revealed the following: (1) the variation in the absolute power of the gamma rhythm and the relative power of the theta rhythm under TUS at 0.6-0.8 MPa differ between peak and trough stimulation; (2) the relationship of the sample entropy of the theta and gamma rhythms with ultrasound pressure depends on peak and trough stimulation; and (3) peak and trough stimulation affect the PAC strength between the theta and gamma rhythm as a function of ultrasound pressure. These results demonstrate that the modulation of the theta and gamma rhythms by ultrasound pressure depends on peak and trough stimulation of the theta rhythm in the mouse hippocampus.