Mozgové vlny vznikajú aj pri normálnom pohybe

Zhrnutie: Nová štúdia uvádza, že pohyb jednoduchý ako stlačenie tlačidla môže vyslať vlnu aktivity do neurónov šírených po celom mozgu.

zdroj: University of Oregon

Dokonca aj jednoduchý pohyb, ako je stlačenie tlačidla, vysiela vlnky aktivity do siete neurónov rozšírených po celom mozgu, ukazuje nový výskum Oregonskej univerzity.

Tento objav poukazuje na to, aký zložitý je ľudský mozog, a spochybňuje zjednodušený učebnicový obraz oddelených oblastí mozgu venovaných špecifickým úlohám.

„Je naozaj dobre známe, že primárna motorická kôra riadi výkon pohybu,“ povedal Alex Rockhill, postgraduálny študent v laboratóriu profesora ľudskej fyziológie Nickyho Swana. „Ale v pohybe je oveľa viac než len táto jedna oblasť mozgu.“

Rockhill je prvým autorom nového článku z laboratória uverejneného v decembri Journal of Neural Engineering,

Swann a jeho tím študujú mozgové siete u ľudí v spolupráci s lekármi a výskumníkmi z Oregon Health & Science University. Tím OHSU používa techniku ​​nazývanú intrakraniálne EEG na určenie, kde môžu záchvaty začať u pacientov s epilepsiou rezistentnou na liečbu. Chirurgicky implantujú do mozgu pacientov súbor elektród, aby presne zistili, kedy a kde sa záchvat vyskytuje, a prípadne odstránili postihnutú oblasť mozgu.

Intrakraniálne EEG môže tiež poskytnúť cenný pohľad na iné mozgové aktivity. Je to technika „zlatého štandardu“, povedal Swan. Ale je to niečo, k čomu majú výskumníci zriedka prístup, pretože implantácia elektród je intenzívny proces. Účastníci Swannovej štúdie súhlasili s tým, že nechajú jeho tím študovať ich mozgy, kým sú pripojené k elektródam, ktoré sú už na mieste pre štúdiu záchvatov.

Swann a jeho kolegovia dali účastníkom štúdie jednoduchú úlohu súvisiacu s pohybom: stlačiť tlačidlo. Zaznamenali aktivitu tisícov neurónov v celom mozgu, zatiaľ čo účastníci vykonávali úlohy. Potom testovali, či dokážu trénovať počítač, aby rozpoznal, či boli zachytené konkrétne vzorce mozgovej aktivity, keď účastník odpočíval alebo kráčal.

Signály boli v niektorých oblastiach mozgu jasné. Boli to oblasti, ktoré boli predtým spojené s pohybom, kde sa väčšina neurónov pravdepodobne zameriava na toto správanie. Vedci však tiež zistili, že mozgové signály predpovedajú pohyb v celom mozgu, vrátane oblastí, ktoré mu nie sú špeciálne venované.

„V mnohých častiach mozgu,“ povedal Swan, „môžeme s väčšou pravdepodobnosťou predpovedať, či tieto údaje boli počas pohybu alebo nie.“

„Zistili sme, že existuje spektrum oblastí mozgu, od primárnych motorických oblastí, kde môžete dekódovať, že sa človek pohybuje 100 percent času, až po iné oblasti, ktoré je možné dekódovať 75 percent času,“ povedal Rockhill.

V niektorých oblastiach, ktoré sa nešpecializujú na pohyb, „môžu niektoré neuróny vystreliť, ale môžu byť zahltené neurónmi, ktoré nesúvisia s pohybom,“ povedal.

Ich zistenia dopĺňajú štúdiu publikovanú v roku 2019 v časopise PrírodaV ktorom iní vedci ukázali podobné ďalekosiahle mozgové siete súvisiace s pohybom u myší.

„Tento dokument ukázal, že aktivita je všadeprítomná v mozgu a náš dokument ukazuje, že to isté platí aj u ľudí,“ povedal Swan.

Tento jav sa pravdepodobne neobmedzuje len na pohyb. Iné systémy, ako je zrak a hmat, sú pravdepodobne väčšími rozšíreniami mozgu, ako sa doteraz predpokladalo.

Teraz tím pracuje na vývoji nových úloh, ktoré zahŕňajú rôzne typy pohybu, aby zistili, ako sa odrážajú v mozgu. A plánujú rozšíriť spoluprácu s OHSU, zapojiť do projektu viac výskumníkov a snažiť sa hlbšie pochopiť zložitosti mozgu.

„Teraz, keď máme túto novú spoluprácu, je veľa príležitostí,“ povedal Swan. „Sme naozaj šťastní, že sme mali príležitosť zhromaždiť také vzrušujúce údaje pri práci s tímom OHSU a ich neuveriteľnými pacientmi.“

vidieť všetko

O týchto novinkách z neurovedeckého výskumu

autor: Laurel Hammers
zdroj: University of Oregon
kontakt: Laurel Hammers – University of Oregon
obrázok: obrázok je vo verejnej doméne

Základný výskum: uzavretý prístup
,Stereo-EEG záznamy rozširujú známu distribúciu kanonických oscilácií súvisiacich s pohybom.“ od Alexandra P. Rockhilla a kol. Journal of Neural Engineering

Zhrnutie

Stereo-EEG záznamy rozširujú známu distribúciu kanonických oscilácií súvisiacich s pohybom.

účel. Predchádzajúci elektrofyziologický výskum väčšinou charakterizoval kanonické oscilačné vzorce spojené s pohybom záznamami z primárnej senzomotorickej kôry. Menej práce sa pokúšalo dekódovať pohyb na základe elektrofyziologických záznamov zo širokého spektra oblastí mozgu odobratých stereoelektroencefalografiou (SEEG), konkrétne u ľudí. Zamerali sme sa na identifikáciu a kvantifikáciu rôznych oscilácií súvisiacich s pohybom v relatívne širokej vzorke oblastí mozgu u ľudí a ak presahovali oblasti mozgu predtým spojené s pohybom.

Prísť Použili sme lineárny podporný vektorový stroj na dekódovanie časovo-frekvenčného spektrogramu pre periodický pohyb a naše výsledky sme overili testom permutácie klastra a všeobecným dekódovaním priestorového vzoru.

hlavné výsledky, Boli sme schopní presne klasifikovať sEEG spektrogram počas úlohy pohybu stlačenia klávesu oproti intervalu medzi pokusmi. Konkrétne sme našli tieto predtým opísané vzorce: beta (13–30 Hz) desynchronizácia, beta synchronizácia (odskok), predpohybová alfa (8–15 Hz) modulácia, po pohybe širokopásmové zvýšenie gama (60–90 Hz) a potenciál súvisiaci s udalosťou. Tieto oscilačné vzory boli pozorované v širokom rozsahu oblastí mozgu dostupných pomocou SEG, ktoré nie sú dostupné inými metódami elektrofyziologického záznamu. Napríklad prítomnosť beta desynchronizácie vo frontálnom laloku bola rozšírenejšia, ako bolo predtým opísané, pričom presahovala primárne a sekundárne motorické kôry.

Dôležitosť. Naša klasifikácia odhalila prominentné časovo-frekvenčné vzorce, ktoré boli pozorované aj v predchádzajúcich štúdiách, ktoré používali neinvazívnu elektroencefalografiu a elektrokortikografiu, ale tu sme identifikovali tieto vzorce v oblastiach mozgu, ktoré ešte nie sú spojené s pohybom. To poskytuje nový dôkaz o fyziologických limitoch systému domnelých motorických sietí, ktoré každý z týchto oscilačných vzorov zobrazuje.