Nawet proste ruchy powodują fale w mózgu

Podsumowanie: Nowe badanie donosi, że prosty ruch, taki jak naciśnięcie przycisku, może wysyłać fale aktywności przez neurony obejmujące cały mózg.

Źródło: Uniwersytet Oregonu

Nowe badania University of Oregon pokazują, że nawet prosty ruch, taki jak naciśnięcie przycisku, wysyła fale aktywności przez sieci neuronów rozciągające się w całym mózgu.

Odkrycie podkreśla złożoność ludzkiego mózgu, kwestionując uproszczony obraz podręcznika, przedstawiający różne obszary mózgu przypisane do określonych funkcji.

„Dobrze wiadomo, że pierwotna kora ruchowa kontroluje wytwarzanie ruchu” – powiedział Alex Rockhill, doktorant w Laboratorium Fizjologii Człowieka Nikki Swan. „Ale ruch to znacznie więcej niż ten obszar mózgu”.

Rockhill jest pierwszym autorem nowego artykułu z laboratorium, opublikowanego w grudniu 2017 r Journal of Neuro Engineering.

Swan i jej zespół badają sieci ludzkiego mózgu dzięki współpracy z lekarzami i naukowcami z Oregon Health & Science University. Zespół OHSU wykorzystuje technikę zwaną wewnątrzczaszkowym EEG, aby określić, gdzie mogą rozpocząć się napady padaczkowe u pacjentów z padaczką oporną na leczenie. Chirurgicznie wszczepiają szereg elektrod do mózgów pacjentów, aby dokładnie określić, kiedy i gdzie występuje napad, potencjalnie usuwając dotknięty obszar mózgu.

Wewnątrzczaszkowy EEG może również zapewnić wgląd w inną aktywność mózgu. To technologia „złotego standardu”, powiedział Swan. Jednak badacze rzadko mają do niej dostęp, ponieważ wszczepianie elektrod to intensywny proces. Uczestnicy badania Swann zgodzili się, aby jej zespół zbadał ich mózgi, gdy byli już podłączeni do elektrod w celu zbadania napadów padaczkowych.

Swan i jej współpracownicy dali uczestnikom badania proste zadanie ruchowe: naciśnięcie przycisku. Rejestrowali aktywność tysięcy neuronów w mózgu, podczas gdy uczestnicy wykonywali zadanie. Następnie sprawdzili, czy mogą wyszkolić komputer, aby określał, czy określone wzorce aktywności mózgu są wykrywane w spoczynku, czy w ruchu.

Sygnały były widoczne w określonych obszarach mózgu. Były to regiony wcześniej kojarzone z ruchem, w których większość neuronów prawdopodobnie skupia się na tym zachowaniu. Ale naukowcy odkryli również sygnały mózgowe, które przewidują ruch w całym mózgu, w tym w regionach, które nie zostały specjalnie do tego przeznaczone.

W wielu częściach mózgu „możemy przewidzieć z większą dokładnością niż przypadkiem, czy te dane pojawiły się podczas ruchu” – powiedział Swan.

„Znaleźliśmy spektrum obszarów mózgu, od podstawowych obszarów motorycznych, w których można rozszyfrować, że dana osoba porusza się w 100 procentach czasu, do innych regionów, które można rozszyfrować w 75 procentach czasu” – dodał Rockhill.

W niektórych obszarach, które nie są wyspecjalizowane w ruchu, „niektóre neurony mogą odpalać, ale mogą zostać przytłoczone przez neurony niezwiązane z ruchem” – powiedział.

Ich odkrycia uzupełniają badanie opublikowane w 2019 roku w czasopiśmie Naturagdzie inni badacze wykazali podobne sieci mózgowe dalekiego zasięgu związane z ruchem u myszy.

„Ten artykuł wykazał, że ruch jest wszechobecny w mózgu, a nasz artykuł wykazał, że dotyczy to również ludzi” – powiedział Swan.

Być może zjawisko to nie ogranicza się również do ruchu. Możliwe jest również, że inne systemy, takie jak wzrok i dotyk, obejmują więcej części mózgu, niż wcześniej oczekiwano.

Zespół opracowuje obecnie nowe zadania, które obejmują różne rodzaje ruchów, aby zobaczyć, jak przejawiają się one w mózgu. Planują dalsze rozwijanie współpracy z OHSU, angażowanie w projekt większej liczby badaczy i głębsze zrozumienie złożoności mózgu.

„Teraz, kiedy mamy tę nową współpracę, jest wiele możliwości” – powiedział Swan. „Jesteśmy naprawdę szczęśliwi, że mamy możliwość zbierania tak ekscytujących danych we współpracy z zespołem OHSU i ich niesamowitymi pacjentami”.

Zobacz też

Informacje o tych wiadomościach z badań neurologicznych

autor: Młoty laurowe
Źródło: Uniwersytet Oregonu
Kontakt: Laurel Hammers – University of Oregon
zdjęcie: Obraz jest w domenie publicznej

Oryginalne wyszukiwanie: Dostęp zamknięty.
„Nagrania stereo-EEG rozszerzają znane rozkłady kanonicznych oscylacji związanych z ruchemAlexander P. Rockhill i in. Journal of Neuro Engineering

Streszczenie

Nagrania stereo-EEG rozszerzają znane rozkłady kanonicznych oscylacji związanych z ruchem

cel. Wcześniejsze badania elektrofizjologiczne scharakteryzowały kanoniczne wzorce oscylacyjne związane z ruchem, głównie na podstawie zapisów pierwotnej kory czuciowo-ruchowej. Mniej prac podjęto próbę rozszyfrowania ruchu w oparciu o zapisy elektrofizjologiczne z szerszego zakresu obszarów mózgu, takich jak te pobrane za pomocą elektroencefalografii stereotaktycznej (sEEG), szczególnie u ludzi. Chcieliśmy zidentyfikować i scharakteryzować różne oscylacje związane z ruchem w stosunkowo szerokiej próbce obszarów mózgu u ludzi i czy wykraczają one poza obszary mózgu wcześniej związane z ruchem.

Zbliżający się. Użyliśmy liniowej maszyny wektorów nośnych do dekodowania wzorców widmowych częstotliwości czasowej z ograniczeniem ruchu i zweryfikowaliśmy nasze wyniki za pomocą testu permutacji klastrów i dekodowania wzorców współprzestrzennych.

Kluczowe wnioski. Byliśmy w stanie dokładnie sklasyfikować spektroskopię sEEG podczas zadania związanego z ruchem naciśnięcia klawisza w porównaniu z odstępem czasu między próbami. W szczególności znaleźliśmy te wcześniej opisane wzorce: desynchronizacja beta (13–30 Hz), synchronizacja beta (odbicie), modulacja alfa przed ruchem (8–15 Hz), szerokopasmowy wzrost gamma po ruchu (60–90 Hz) i potencjał związany z wydarzenie. Te wzorce oscylacyjne zaobserwowano ostatnio w wielu obszarach mózgu dostępnych za pomocą sEEG, które nie są dostępne za pomocą innych metod zapisu elektrofizjologicznego. Na przykład obecność desynchronizacji beta w płacie czołowym była bardziej powszechna niż opisano wcześniej, rozciągając się poza pierwotną i wtórną korę ruchową.

wskazanie. Nasza klasyfikacja ujawniła wyraźne wzorce częstotliwości czasowych obserwowane również we wcześniejszych badaniach z użyciem nieinwazyjnego EEG i EEG, ale tutaj zidentyfikowaliśmy te wzorce w obszarach mózgu niezwiązanych jeszcze z ruchem. Dostarcza to nowych dowodów na anatomiczny zasięg systemu domniemanych sieci kinematycznych, które wyświetlają każdy z tych trybów oscylacyjnych.