経頭蓋超音波刺激は、海馬のゆっくりした振動とシータ波の刺激段階に応じて、NREMおよびREM中の神経活動を調節します

低強度経頭蓋超音波刺激による海馬神経活動の調節は、シータリズムの段階に依存し、睡眠リズムを調節することもできます。しかし、これまで、海馬における局所電界電位刺激の段階に応じて、異なる睡眠状態の神経活動に対する超音波刺激の調節効果は不明でした。この質問に答えるために、閉ループの超音波刺激は、非激しい眼球運動中の海馬の位相内（新興）/フェーズの遅い振動、および海馬のシータのピークとトラフに適用されました。マウスモデルでのウェイク中。光オン睡眠サイクル中の超音波刺激後3時間以内の海馬の局所電界電位が記録されました。（i）ゆっくりした周期内刺激の下で、超音波刺激が非激しい眼の動き比を上方制御し、ウェイク比を減少させることがわかりました。さらに、非激しい眼球運動中の波紋密度を増加させ、非激しい眼球運動中のスピンドルリプルの結合と、REM期間中のシータ - ハイガンマ位相振幅カップリングを強化しました。さらに、REM期間中のシータは、より安定した振動モードを示しました。（ii）ゆっくりした拡張外相刺激の下で、超音波刺激は、無傷の眼球運動中の波紋の密度を増加させ、REM中のシータ高ガンマ相の位相振幅結合強度を高めました。さらに、REM中のシータ振動は大幅に遅く、より高いばらつきを示しました。（iii）シータ振動の位相ロックピークとトラフ刺激の下で、超音波刺激は、非激しい眼球運動中の波紋密度を増加させ、非激しい眼の動き中の紡錘リップルの結合強度を弱め、テータハイガンマの強化を強化しましたREM中の位相振幅カップリング。ただし、Theta振動モードはREM中に大幅に変更されませんでした。上記の結果は、異なる睡眠状態における神経活動に対する超音波刺激の調節効果は、海馬のゆっくりとした振動とシータ波の刺激段階に依存することを示唆しています。

Modulation of the hippocampal neural activity by low-intensity transcranial ultrasound stimulation depends on the phase of theta rhythm and can also regulate sleep rhythm. However, until now, the modulatory effect of ultrasound stimulation on neural activity in different sleep states depending on the phase of local field potential stimulation in the hippocampus was unclear. To answer this question, closed-loop ultrasound stimulation was applied to in-phase (upstate)/out-of-phase slow oscillations in the hippocampus during non-rapid eye movement sleep, and to the peaks and troughs of theta oscillations in the hippocampus during wake in a mouse model. Local field potential of the hippocampus within 3-h after the ultrasound stimulation during light-on sleep cycle was recorded. We found that (i) under slow-oscillation in-phase stimulation, ultrasound stimulation upregulated the non-rapid eye movement ratio and decreased the wake ratio. Furthermore, it increased the ripple density during non-rapid eye movement and enhanced the coupling of the spindle-ripple during non-rapid eye movement as well as the theta-high gamma phase-amplitude coupling during the REM period. In addition, theta during the REM period showed a more stable oscillation mode. (ii) Under slow-oscillation out-of-phase stimulation, ultrasound stimulation increased the density of ripple during non-rapid eye movement and enhanced the theta-high gamma phase-amplitude coupling strength during REM. Furthermore, theta oscillations during REM were significantly slower and showed higher variability. (iii) Under the phase-locked peak and trough stimulation of theta oscillation, ultrasound stimulation increased the ripple density during non-rapid eye movement, weakened the coupling strength of spindle-ripple during non-rapid eye movement, and enhanced theta-high gamma phase-amplitude coupling during REM. However, theta oscillation mode was not changed significantly during REM. The above results suggest that the regulatory effect of ultrasound stimulation on neural activity in different sleep states depends on the stimulation phases of slow oscillations and theta waves in the hippocampus.