Ακόμη και απλές κινήσεις δημιουργούν κυματισμούς στον εγκέφαλο

περίληψη: Μια νέα μελέτη αναφέρει ότι μια απλή κίνηση, όπως το πάτημα ενός κουμπιού, μπορεί να στείλει κύματα δραστηριότητας μέσω νευρώνων που καλύπτουν ολόκληρο τον εγκέφαλο.

Πηγή: Πανεπιστήμιο του Όρεγκον

Έρευνα του νέου Πανεπιστημίου του Όρεγκον δείχνει ότι ακόμη και μια απλή κίνηση όπως το πάτημα ενός κουμπιού στέλνει κύματα δραστηριότητας μέσω δικτύων νευρώνων που εκτείνονται στον εγκέφαλο.

Η ανακάλυψη υπογραμμίζει την πολυπλοκότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου, αμφισβητώντας την απλοϊκή εικόνα του σχολικού βιβλίου για διακριτές περιοχές του εγκεφάλου που ανατίθενται σε συγκεκριμένες λειτουργίες.

«Είναι πολύ γνωστό ότι ο κύριος κινητικός φλοιός ελέγχει την παραγωγή κίνησης», είπε ο Alex Rockhill, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Εργαστήριο Ανθρώπινης Φυσιολογίας του Nikki Swan. «Αλλά υπάρχουν πολλά περισσότερα στην κίνηση από αυτή την περιοχή του εγκεφάλου».

Ο Rockhill είναι ο πρώτος συγγραφέας μιας νέας εργασίας από το εργαστήριο, που δημοσιεύτηκε τον Δεκέμβριο Journal of Neural Engineering.

Η Swan και η ομάδα της μελετούν δίκτυα ανθρώπινου εγκεφάλου χάρη σε μια συνεργασία με γιατρούς και ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Υγείας & Επιστήμης του Όρεγκον. Η ομάδα του OHSU χρησιμοποιεί μια τεχνική που ονομάζεται ενδοκρανιακό ΗΕΓ για να προσδιορίσει πού μπορεί να ξεκινήσουν οι κρίσεις σε ασθενείς με επιληψία ανθεκτική στη θεραπεία. Εμφυτεύουν χειρουργικά μια σειρά ηλεκτροδίων στον εγκέφαλο των ασθενών για να εντοπίσουν με ακρίβεια πότε και πού συμβαίνει μια κρίση, αφαιρώντας ενδεχομένως την πληγείσα περιοχή του εγκεφάλου.

Ένα ενδοκρανιακό ΗΕΓ μπορεί επίσης να παρέχει εικόνα και για άλλη εγκεφαλική δραστηριότητα. Είναι η τεχνολογία “χρυσού προτύπου”, είπε ο Swan. Αλλά οι ερευνητές σπάνια έχουν πρόσβαση σε αυτό, επειδή η εμφύτευση ηλεκτροδίων είναι μια εντατική διαδικασία. Οι συμμετέχοντες στη μελέτη της Swann συμφώνησαν να αφήσουν την ομάδα της να μελετήσει τον εγκέφαλό τους ενώ ήταν ήδη συνδεδεμένοι με ηλεκτρόδια για να μελετήσουν τις κρίσεις.

Η Swan και οι συνάδελφοί της έδωσαν στους συμμετέχοντες στη μελέτη μια απλή κίνηση κίνησης: το πάτημα ενός κουμπιού. Κατέγραψαν τη δραστηριότητα χιλιάδων νευρώνων σε όλο τον εγκέφαλο ενώ οι συμμετέχοντες εκτελούσαν την εργασία. Στη συνέχεια, δοκίμασαν αν μπορούσαν να εκπαιδεύσουν έναν υπολογιστή για να προσδιορίσουν εάν ορισμένα μοτίβα εγκεφαλικής δραστηριότητας επιλέγονταν σε κατάσταση ηρεμίας ή κίνησης.

Τα σήματα ήταν εμφανή σε συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου. Αυτές ήταν περιοχές που προηγουμένως σχετίζονταν με την κίνηση, όπου οι περισσότεροι νευρώνες είναι πιθανό να επικεντρωθούν σε αυτή τη συμπεριφορά. Αλλά οι ερευνητές βρήκαν επίσης εγκεφαλικά σήματα που προβλέπουν την κίνηση σε όλο τον εγκέφαλο, συμπεριλαμβανομένων περιοχών που δεν έχουν καθοριστεί ειδικά για αυτόν.

Σε πολλά μέρη του εγκεφάλου, «μπορούμε να προβλέψουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια παρά τύχη εάν αυτά τα δεδομένα ήρθαν κατά τη διάρκεια της κίνησης ή όχι», είπε ο Swan.

«Βρήκαμε ένα φάσμα περιοχών του εγκεφάλου, από βασικές κινητικές περιοχές όπου μπορείτε να αποκωδικοποιήσετε ότι ένα άτομο κινείται 100 τοις εκατό του χρόνου, σε άλλες περιοχές που μπορούν να αποκωδικοποιηθούν το 75 τοις εκατό», πρόσθεσε ο Rockhill.

Σε ορισμένες περιοχές που δεν είναι εξειδικευμένες για κίνηση, «μερικοί νευρώνες μπορεί να πυροδοτούν, αλλά μπορεί να κατακλυζόμαστε από νευρώνες που δεν σχετίζονται με την κίνηση», είπε.

Τα ευρήματά τους συμπληρώνουν μια μελέτη που δημοσιεύτηκε το 2019 στο περιοδικό φύσηόπου άλλοι ερευνητές έχουν δείξει παρόμοια εγκεφαλικά δίκτυα μεγάλης εμβέλειας που σχετίζονται με την κίνηση σε ποντίκια.

«Αυτό το χαρτί έδειξε ότι η κίνηση είναι πανταχού παρούσα στον εγκέφαλο και η εργασία μας έδειξε ότι αυτό ισχύει και στους ανθρώπους», είπε ο Σουάν.

Ίσως το φαινόμενο να μην περιορίζεται ούτε στην κίνηση. Είναι επίσης πιθανό άλλα συστήματα, όπως η όραση και η αφή, να καλύπτουν περισσότερα μέρη του εγκεφάλου από ό,τι αναμενόταν προηγουμένως.

Η ομάδα αναπτύσσει τώρα νέες εργασίες που περιλαμβάνουν διαφορετικούς τύπους κινήσεων, για να δει πώς εκδηλώνονται στον εγκέφαλο. Σκοπεύουν να συνεχίσουν να επεκτείνουν τη συνεργασία με το OHSU, εμπλέκοντας περισσότερους ερευνητές στο έργο και αποκτώντας μια βαθύτερη κατανόηση της πολυπλοκότητας του εγκεφάλου.

«Υπάρχουν τόσες πολλές ευκαιρίες τώρα που έχουμε αυτή τη νέα συνεργασία», είπε ο Swan. «Είμαστε πραγματικά τυχεροί που έχουμε την ευκαιρία να συλλέξουμε τέτοια συναρπαστικά δεδομένα συνεργαζόμενοι με την ομάδα του OHSU και τους καταπληκτικούς ασθενείς τους».

Δείτε επίσης

Σχετικά με αυτό το Neuroscience Research News

συντάκτης: Laurel Hammers
Πηγή: Πανεπιστήμιο του Όρεγκον
Επικοινωνία: Laurel Hammers – Πανεπιστήμιο του Όρεγκον
εικόνα: Η εικόνα είναι δημόσια

Αρχική αναζήτηση: Κλειστή πρόσβαση.
“Οι εγγραφές Stereo-EEG επεκτείνουν τις γνωστές κατανομές των κανονικών ταλαντώσεων που σχετίζονται με την κίνησηΑπό τον Alexander P Rockhill et al. Journal of Neural Engineering

Περίληψη

Οι εγγραφές Stereo-EEG επεκτείνουν τις γνωστές κατανομές των κανονικών ταλαντώσεων που σχετίζονται με την κίνηση

σκοπός. Προηγούμενη ηλεκτροφυσιολογική έρευνα έχει χαρακτηρίσει κανονικά ταλαντωτικά μοτίβα που σχετίζονται με την κίνηση κυρίως από καταγραφές του πρωτογενούς αισθητικοκινητικού φλοιού. Λιγότερη εργασία έχει προσπαθήσει να αποκωδικοποιήσει την κίνηση με βάση τις ηλεκτροφυσιολογικές καταγραφές από ένα ευρύτερο φάσμα περιοχών του εγκεφάλου, όπως αυτές που ελήφθησαν δείγματα από στερεοτακτική ηλεκτροεγκεφαλογραφία (sEEG), ιδιαίτερα σε ανθρώπους. Στόχος μας ήταν να εντοπίσουμε και να χαρακτηρίσουμε διαφορετικές ταλαντώσεις που σχετίζονται με την κίνηση σε ένα σχετικά ευρύ δείγμα περιοχών του εγκεφάλου στους ανθρώπους και εάν επεκτείνονται πέρα ​​από τις περιοχές του εγκεφάλου που σχετίζονταν προηγουμένως με την κίνηση.

Προσεγγίζοντας. Χρησιμοποιήσαμε μια μηχανή γραμμικών διανυσμάτων υποστήριξης για την αποκωδικοποίηση φασματικών μοτίβων χρονικής συχνότητας περιορισμένης κίνησης και επικυρώσαμε τα αποτελέσματά μας με μια δοκιμή μετάθεσης συστάδων και αποκωδικοποίηση συν-χωρικών προτύπων.

Σημαντικά ευρήματα. Καταφέραμε να ταξινομήσουμε με ακρίβεια τη φασματοσκοπία sEEG κατά τη διάρκεια της εργασίας κίνησης πληκτρολόγησης σε σχέση με το χρονικό διάστημα μεταξύ των δοκιμών. Συγκεκριμένα, βρήκαμε αυτά τα μοτίβα που περιγράφηκαν προηγουμένως: αποσυγχρονισμός βήτα (13–30 Hz), συγχρονισμός βήτα (rebound), διαμόρφωση άλφα πριν από την κίνηση (8–15 Hz), αύξηση γάμμα ευρείας ζώνης μετά την κίνηση (60–90 Hz) και δυναμικό που σχετίζεται με το γεγονός. Αυτά τα ταλαντωτικά μοτίβα έχουν πρόσφατα παρατηρηθεί σε ένα ευρύ φάσμα περιοχών του εγκεφάλου προσβάσιμες με το SEEG, οι οποίες δεν είναι προσβάσιμες με άλλες ηλεκτροφυσιολογικές μεθόδους καταγραφής. Για παράδειγμα, η παρουσία βήτα αποσυγχρονισμού στον μετωπιαίο λοβό ήταν πιο διαδεδομένη από ό,τι περιγράφηκε προηγουμένως, εκτεινόμενη πέρα ​​από τον πρωτογενή και δευτερογενή κινητικό φλοιό.

ένδειξη. Η ταξινόμησή μας αποκάλυψε εξέχοντα πρότυπα χρονικής συχνότητας που παρατηρήθηκαν επίσης σε προηγούμενες μελέτες χρησιμοποιώντας μη επεμβατικό ΗΕΓ και ΗΕΓ, αλλά εδώ εντοπίσαμε αυτά τα μοτίβα σε περιοχές του εγκεφάλου που δεν σχετίζονται ακόμη με την κίνηση. Αυτό παρέχει νέα στοιχεία για την ανατομική έκταση ενός συστήματος υποτιθέμενων κινηματικών δικτύων που εμφανίζουν κάθε έναν από αυτούς τους ταλαντωτικούς τρόπους.