Oscillatory brain activity in memory disorders

Neuronal oscillations are thought to underlie interactions between distinct brain regions required for normal memory functioning. This study aimed at elucidating the neuronal basis of memory abnormalities in neurodegenerative disorders. Magnetoencephalography (MEG) was used to measure oscillatory brain signals in patients with Alzheimer s disease (AD), a neurodegenerative disease causing progressive cognitive decline, and mild cognitive impairment (MCI), a disorder characterized by mild but clinically significant complaints of memory loss without apparent impairment in other cognitive domains. Furthermore, to help interpret our AD/MCI results and to develop more powerful oscillatory MEG paradigms for clinical memory studies, oscillatory neuronal activity underlying declarative memory, the function which is afflicted first in both AD and MCI, was investigated in a group of healthy subjects. An increased temporal-lobe contribution coinciding with parieto-occipital deficits in oscillatory activity was observed in AD patients: sources in the 6 12.5 Hz range were significantly stronger in the parieto-occipital and significantly weaker in the right temporal region in AD patients, as compared to MCI patients and healthy elderly subjects. Further, the auditory steady-state response, thought to represent both evoked and induced activity, was enhanced in AD patients, as compared to controls, possibly reflecting decreased inhibition in auditory processing and deficits in adaptation to repetitive stimulation with low relevance. Finally, the methodological study revealed that successful declarative encoding and retrieval is associated with increases in occipital gamma and right hemisphere theta power in healthy unmedicated subjects. This result suggests that investigation of neuronal oscillations during cognitive performance could potentially be used to investigate declarative memory deficits in AD patients. Taken together, the present results provide an insight on the role of brain oscillatory activity in memory function and memory disorders.

Muistin toiminta edellyttää eri aivoalueiden joustavaa yhteistoimintaa. Hermosolujen oskillatorinen toiminta saattaa olla keskeinen tekijä näiden vuorovaikutusten taustalla. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää Alzheimerin taudin ja sitä edeltävän lievän kognitiivisen heikentymisen (mild cognitive impairment, MCI) taustalla olevia aivotoiminnan häiriöitä. Alzheimerin tauti on yleisin hermostoa rappeuttava degeneratiivinen sairaus, joka aiheuttaa etenevää kognitiivisen suorituskyvyn heikentymistä. MCI on puolestaan nimitys Alzheimerin tautia usein edeltävälle oireyhtymälle, johon liittyy lievää mutta kliinisesti merkittävää muistitoimintojen heikentymistä. MCI-potilailla on todettu kohonnut riski sairastua Alzheimerin tautiin. Aivotoiminnan oskillatorista toimintaa mitattiin magnetoenkefalografialla (MEG), joka välittää tietoa aivokuoren hermosolujen toiminnan aiheuttamista heikoista sähkömagneettisista muutoksista. Tutkimuksessa verrattiin aivojen oskillatorisen toiminnan piirteitä Alzheimerin taudista ja MCI:stä kärsivien potilaiden sekä terveiden koehenkilöiden välillä. Lisäksi tutkimuksessa selvitettiin muistitoimintojen hermostollista taustaa mittaamalla MEG-oskillaatioita terveiltä nuorilta koehenkilöiltä. Tulosten perusteella aivojen oskillatorisen toiminnan synnyttävä aivokuoren hermosoluverkosto on muuttunut Alzheimerin taudissa. Terveillä koehenkilöillä ja MCI-potilailla niin sanottu alfa-aktivaatio (8 12 Hz) syntyy päälaenlohkon ja takaraivolohkon alueilla, mutta Alzheimer-potilailla nämä oskillaatiot näyttivät syntyvän ohimolohkon alueilla. Toisaalta Alzheimer-potilailla havaittiin toistuvaan ääniärsykkeeseen vaihelukitun värähtelytoiminnan kiihtymistä, mikä saattaa liittyä puutteelliseen kuuloaivokuoren hermosolujen adaptaatioon. Nuorilla terveillä koehenkilöillä suoritetun menetelmällisen kokeen perusteella muistisuoriutuminen lisää takaraivolohkon korkeataajuuksista (60 90Hz) gamma-aktivaatiota ja oikean aivopuoliskon hidasta (4 8 Hz) theta-aktivaatiota. Tässä menetelmällisessä tutkimuksessa kehitetty asetelma saattaa osoittautua tulevaisuudessa merkitykselliseksi muistihäiriöiden kliinisen tutkimukselle. Kokonaisuudessaan tämän tutkimuksen tulokset osoittavat aivokuoren hermosolujen oskillatorisen toiminnan keskeisen merkityksen muistin toiminnan ja sen kliinisten häiriöiden taustalla.