Srovnání metod výpočtu koherence a mezifrekvenční vazby mozkových oscilací u animálních modelů

Abstract

Koherence a mezifrekvenční vazba představují základní techniky v analýze mozkové aktivity, umožňující odhalit synchronizaci neuronální aktivity v různých oblastech mozku a vzájemnou interakci mezi různými mozkovými oscilacemi. Hodnocení koherence a mezifrekvenční vazby jsou využívány k porozumění propojení mezi mozkovými oblastmi a identifikaci specifických frekvenčních vzorů, jež mohou být spojeny s konkrétními kognitivními funkcemi či patologickými stavy. Cílem této práce je zhodnotit několik stávajících metod pro detekci fázově-amplitudové vazby na simulovaných datech, se zaměřením na jejich citlivost na šum a časové/frekvenční rozlišení. Konkrétně jsem zvolil vlnkovou koherenci, phase-locking value modulation index a mean vector length modulation index. Tyto metody byly následně použity pro analýzu elektrofyziologických záznamů z parvalbumin-Cre transgenních myší, a nalezení změn ve theta-gamma fázově-amplitudové vazbě po globální chemogenetické aktivaci parvalbuminových interneuronů. Zjištění jsou zatím neprůkazná kvůli malému počtu zvířat (n = 4), ale změny v hippokampální theta-gamma vazbě naskrz experimentálními podmínkami byly přítomny a zaslouží si další studium.

Coherence and cross-frequency coupling are fundamental techniques in the analysis of brain activity, that allow to reveal the synchronization of neuronal activity in different brain regions and the interaction between different brain oscillations. Coherence and cross-frequency coupling assessments are used to understand the connections between brain regions and to identify specific frequency patterns that may be associated with particular cognitive functions or pathological conditions. The aim of this thesis is to evaluate several existing methods for detection of phase-amplitude coupling on simulated data, emphasizing their sensitivity to noise and time/frequency resolution. Namely I chose wavelet coherence, phase-locking value modulation index and mean vector length modulation index. These methods were subsequently employed for analysis of local field potential recordings from parvalbumin-Cre transgenic mice, to examine possible changes in hippocampal theta-gamma phase-amplitude coupling after brain-wide chemogenetic activation of parvalbumin interneurons. Findings are so far inconclusive, due to small number of subjects (n = 4), but changes in hippocampal theta-gamma coupling were present across experimental conditions and warrant further study.