Transcranial Electrical Stimulation targeting limbic cortex increases the duration of human deep sleep
Creators
- 1. Universidad Nacional de La Plata
- 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 3. University of Oregon
Description
Researchers have proposed that impaired sleep may be a causal link in the progression from Mild Cognitive Impairment (MCI) to Alzheimer's Disease (AD). Several recent findings suggest that enhancing deep sleep (N3) may improve neurological health in persons with MCI, and buffer the risk for AD. Specifically, Transcranial Electrical Stimulation (TES) of frontal brain areas, the inferred source of the Slow Oscillations (SOs) of N3 sleep, can extend N3 sleep duration and improve declarative memory for recently learned information. Recent work in our laboratory using dense array Electroencephalography (dEEG) localized the sources of SOs to anterior limbic sites – suggesting that targeting these sites with TES may be more effective for enhancing N3. For the present study, we recruited 13 healthy adults (M = 42 years) to participate in three all-night sleep EEG recordings where they received low level (0.5 mA) TES designed to target anterior limbic areas and a sham stimulation (placebo). We used a convolutional neural network, trained and tested on professionally scored EEG sleep staging, to predict sleep stages for each recording. When compared to the sham session, limbic-targeted TES significantly increased the duration of N3 sleep. TES also significantly increased spectral power in the 0.5–1 Hz frequency band (relative to pre-TES epochs) in left temporoparietal and left occipital scalp regions compared to sham. These results suggest that even low-level TES, when specifically targeting anterior limbic sites, can increase deep (N3) sleep and thereby contribute to healthy sleep quality.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
اقترح الباحثون أن ضعف النوم قد يكون صلة سببية في التقدم من ضعف الإدراك الخفيف (MCI) إلى مرض الزهايمر (AD). تشير العديد من النتائج الحديثة إلى أن تعزيز النوم العميق (N3) قد يحسن الصحة العصبية لدى الأشخاص المصابين بـ MCI، ويقلل من خطر الإصابة بمرض الزهايمر. على وجه التحديد، يمكن أن يؤدي التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة (TES) لمناطق الدماغ الأمامية، وهو المصدر المستنتج للتذبذبات البطيئة (SOs) لنوم N3، إلى إطالة مدة نوم N3 وتحسين الذاكرة التعريفية للمعلومات التي تم تعلمها مؤخرًا. أدت الأعمال الأخيرة في مختبرنا باستخدام مجموعة كثيفة من تخطيط كهربية الدماغ (dEEG) إلى توطين مصادر SOs إلى المواقع الحوفية الأمامية – مما يشير إلى أن استهداف هذه المواقع باستخدام TES قد يكون أكثر فعالية لتعزيز N3. بالنسبة للدراسة الحالية، قمنا بتوظيف 13 بالغًا أصحاء (M = 42 عامًا) للمشاركة في ثلاثة تسجيلات لتخطيط كهربية الدماغ أثناء النوم طوال الليل حيث تلقوا TES منخفض المستوى (0.5 مللي أمبير) مصمم لاستهداف المناطق الحوفية الأمامية والتحفيز الوهمي (الدواء الوهمي). استخدمنا شبكة عصبية تلافيفية، تم تدريبها واختبارها على مراحل نوم مخطط كهربية الدماغ المسجلة بشكل احترافي، للتنبؤ بمراحل النوم لكل تسجيل. عند مقارنتها بجلسة الزيف، زادت TES التي تستهدف الأطراف بشكل كبير من مدة نوم N3. كما زاد TES بشكل كبير من القوة الطيفية في نطاق التردد 0.5–1 هرتز (بالنسبة إلى عصور ما قبل TES) في مناطق فروة الرأس الصدغية الجدارية اليسرى واليسرى مقارنة بالصدفة. تشير هذه النتائج إلى أنه حتى TES منخفض المستوى، عند استهداف مواقع الأطراف الأمامية على وجه التحديد، يمكن أن يزيد من النوم العميق (N3) وبالتالي يساهم في جودة النوم الصحي.Translated Description (French)
Les chercheurs ont proposé qu'une altération du sommeil puisse être un lien de causalité dans la progression d'une déficience cognitive légère (DCL) à la maladie d'Alzheimer (MA). Plusieurs résultats récents suggèrent que l'amélioration du sommeil profond (N3) peut améliorer la santé neurologique chez les personnes atteintes de MCI et atténuer le risque de DA. Plus précisément, la stimulation électrique transcrânienne (tes) des zones cérébrales frontales, source présumée des oscillations lentes (SO) du sommeil N3, peut prolonger la durée du sommeil N3 et améliorer la mémoire déclarative pour les informations récemment apprises. Des travaux récents dans notre laboratoire utilisant l'électroencéphalographie en réseau dense (dEEG) ont localisé les sources de SO aux sites limbiques antérieurs – suggérant que le ciblage de ces sites par tes pourrait être plus efficace pour améliorer N3. Pour la présente étude, nous avons recruté 13 adultes en bonne santé (M = 42 ans) pour participer à trois enregistrements EEG de sommeil toute la nuit où ils ont reçu un tes de faible niveau (0,5 mA) conçu pour cibler les zones limbiques antérieures et une stimulation fictive (placebo). Nous avons utilisé un réseau neuronal convolutif, formé et testé sur une mise en scène du sommeil EEG évaluée professionnellement, pour prédire les stades de sommeil pour chaque enregistrement. Par rapport à la session fictive, le tes ciblé limbique a considérablement augmenté la durée du sommeil N3. L'EES a également augmenté de manière significative la puissance spectrale dans la bande de fréquence 0,5-1 Hz (par rapport aux époques pré-EES) dans les régions temporopariétales gauches et occipitales gauches du cuir chevelu par rapport au simulacre. Ces résultats suggèrent que même les tes de faible niveau, lorsqu'ils ciblent spécifiquement les sites limbiques antérieurs, peuvent augmenter le sommeil profond (N3) et contribuer ainsi à une qualité de sommeil saine.Translated Description (Spanish)
Los investigadores han propuesto que la alteración del sueño puede ser un vínculo causal en la progresión del deterioro cognitivo leve (DCL) a la enfermedad de Alzheimer (EA). Varios hallazgos recientes sugieren que la mejora del sueño profundo (N3) puede mejorar la salud neurológica en personas con DCL y amortiguar el riesgo de EA. Específicamente, la estimulación eléctrica transcraneal (tes) de las áreas frontales del cerebro, la fuente inferida de las oscilaciones lentas (SO) del sueño N3, puede extender la duración del sueño N3 y mejorar la memoria declarativa de la información aprendida recientemente. Trabajos recientes en nuestro laboratorio utilizando electroencefalografía de matriz densa (dEEG) localizaron las fuentes de SO en sitios límbicos anteriores, lo que sugiere que apuntar a estos sitios con tes puede ser más efectivo para mejorar N3. Para el presente estudio, reclutamos a 13 adultos sanos (M = 42 años) para participar en tres registros de EEG de sueño durante toda la noche, donde recibieron tes de bajo nivel (0,5 mA) diseñados para dirigirse a las áreas límbicas anteriores y una estimulación simulada (placebo). Utilizamos una red neuronal convolucional, entrenada y probada en la estadificación del sueño EEG calificada profesionalmente, para predecir las etapas del sueño para cada registro. En comparación con la sesión simulada, la tes dirigida al sistema límbico aumentó significativamente la duración del sueño N3. El tes también aumentó significativamente la potencia espectral en la banda de frecuencia de 0.5–1 Hz (en relación con las épocas previas al tes) en las regiones del cuero cabelludo temporoparietal izquierdo y occipital izquierdo en comparación con el simulado. Estos resultados sugieren que incluso las tes de bajo nivel, cuando se dirigen específicamente a los sitios límbicos anteriores, pueden aumentar el sueño profundo (N3) y, por lo tanto, contribuir a una calidad del sueño saludable.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة الذي يستهدف القشرة الحوفية يزيد من مدة النوم العميق للإنسان
- Translated title (French)
- La stimulation électrique transcrânienne ciblant le cortex limbique augmente la durée du sommeil profond humain
- Translated title (Spanish)
- La estimulación eléctrica transcraneal dirigida a la corteza límbica aumenta la duración del sueño profundo humano
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3134620263
- DOI
- 10.1016/j.sleep.2021.03.001
References
- https://openalex.org/W1607424647
- https://openalex.org/W1963756232
- https://openalex.org/W1973117088
- https://openalex.org/W1975136983
- https://openalex.org/W1980405727
- https://openalex.org/W2024446380
- https://openalex.org/W2066799036
- https://openalex.org/W2076985735
- https://openalex.org/W2111164568
- https://openalex.org/W2146605832
- https://openalex.org/W2148856221
- https://openalex.org/W2161150631
- https://openalex.org/W2163225965
- https://openalex.org/W2344257056
- https://openalex.org/W2394698932
- https://openalex.org/W2440154114
- https://openalex.org/W2616328221
- https://openalex.org/W2766059416
- https://openalex.org/W2805075551
- https://openalex.org/W2910774779
- https://openalex.org/W2982626951
- https://openalex.org/W3012183294
- https://openalex.org/W3023510342
- https://openalex.org/W3023707743