الگوی جهانی فرکانس‌های امواج مغزی آشکار شد

الگوی جهانی فرکانس‌های امواج مغزی آشکار شد -در میان گونه‌های پستانداران، امواج مغزی در لایه‌های عمیق قشر مغز کندتر هستند.

قشر مغز پستانداران به شش لایه تشکیل شده است. باید مشخص شود که آیا الگوی مربوط به فعالیت عصبی با این لایه‌ها در سراسر قشر همسو است یا خیر.

گروهی از دانشمندان علوم اعصاب از MIT و دانشگاه واندربیلت کشف کرده اند که شش لایه قشر مغز پستانداران الگوهای متمایزی از فعالیت الکتریکی را نشان می دهند .

 این الگوها در مناطق مختلف مغز و گونه های جانوری، از جمله انسان، سازگار است.

لایه های بالایی قشر عمدتاً نوسانات موج گاما سریع در فعالیت نورون را نشان می دهند ، در حالی که لایه های عمیق تر نوسانات موج آلفا و بتا کندتر را نشان می دهند.

 جهانی بودن این الگوها نشان می دهد که این نوسانات نقش مهمی در سراسر مغز دارند.

حضور مداوم و گسترده این الگوهای فعالیت الکتریکی در سراسر قشر مغز نشان می دهد که آنها نقش اساسی در عملکرد قشر دارند.

 عدم تعادل در تعاملات این نوسانات ممکن است در اختلالات مغزی ، مانند اختلال کمبود توجه بیش فعالی (ADHD) دخیل باشد.

 درک نقش این نوسانات در عملکرد طبیعی مغز می تواند بینشی در مورد مکانیسم های زمینه ساز اختلالات عصبی ارائه دهد.

رابرت دیسیمون، مدیر مؤسسه تحقیقات مغز مک گاورن MIT و یکی از نویسندگان ارشد این مطالعه، گفت:  “فعالیت عصبی بیش از حد همزمان نقش مهمی در صرع دارد ، و اکنون ما گمان می کنیم که آسیب شناسی های مختلف همزمانی ممکن است در بسیاری از افراد نقش داشته باشد.

اختلالات مغزی، از جمله اختلالات ادراک، توجه، حافظه و کنترل حرکتی. در یک ارکستر، یک ساز بدون هماهنگی با بقیه سازها می تواند انسجام کل قطعه موسیقی را مختل کند.

در مطالعه اخیر خود، محققان قصد داشتند بررسی کنند که آیا الگوی نوسان لایه ای مشاهده شده در قشر جلوی مغز گسترده است و در قسمت های مختلف قشر و در گونه های مختلف رخ می دهد.

آنها از داده‌های منابع متعدد، از جمله آزمایشگاه میلر، آزمایشگاه دسیمون و آزمایشگاه‌های همکار از Vanderbilt، مؤسسه علوم اعصاب هلند و دانشگاه غربی انتاریو استفاده کردند.

 مجموعه داده شامل ضبط فعالیت های الکتریکی از 14 ناحیه مختلف قشر، شامل چهار گونه پستاندار است.

 علاوه بر این، آنها داده‌های سه بیمار انسانی را با الکترودهایی که در طول جراحی در مغزشان قرار داده شده بود، تجزیه و تحلیل کردند .

ضبط از لایه های قشر جداگانه به دلیل نازکی آنها چالش برانگیز است. برای این مطالعه از الکترودهای ویژه برای ضبط همزمان از تمام لایه ها استفاده شد.

 سپس داده های ثبت شده با استفاده از یک الگوریتم محاسباتی جدید توسعه یافته توسط محققان، FLIP (رویه شناسایی لایه مبتنی بر فرکانس) پردازش شد.

 FLIP می تواند لایه خاصی را که هر سیگنال از آن منشاء می گیرد شناسایی کند.

الکس میجر، فوق دکترای MIT، گفت:  «فناوری جدیدتر امکان ضبط همزمان تمام لایه‌های قشر مغز را فراهم می‌کند. این چشم انداز وسیع تری از ریز مدار را ترسیم می کند و به ما امکان می دهد این الگوی لایه ای را مشاهده کنیم.

 این کار هیجان‌انگیز است، زیرا اطلاعاتی در مورد الگوی ریزمدار اساسی دارد و یک تکنیک جدید قوی برای مطالعه مغز ارائه می‌کند.

 فرقی نمی‌کند که مغز یک کار را انجام می‌دهد یا در حالت استراحت، و می‌توان آن را در کمتر از 5 تا 10 ثانیه مشاهده کرد.

محققان یک الگوی فعالیت لایه‌ای ثابت را در همه گونه‌ها و در هر منطقه از قشر مغزی که مورد مطالعه قرار دادند، پیدا کردند.

 تجزیه و تحلیل داده‌های جامع به روشی یکسان در تمام نواحی قشر قشر مشخص می‌شود و نشان می‌دهد که پدیده مشاهده شده یک مکانیسم اساسی در سراسر قشر است.

 این رخداد گسترده در گونه‌های مختلف و مناطق مغز اهمیت و جهانی بودن این الگوهای نوسان لایه‌ای را در عملکرد قشر مغز نشان می‌دهد.

الگوهای فعالیت لایه ای کشف شده با مدلی که قبلاً توسط آزمایشگاه میلر پیشنهاد شده بود، همسو می شوند.

 این مدل نشان می‌دهد که سازمان فضایی مغز ادغام اطلاعات جدید را که توسط نوسانات فرکانس بالا حمل می‌شود، در حافظه‌های موجود و فرآیندهای مغزی که توسط نوسانات فرکانس پایین حفظ می‌شوند، تسهیل می‌کند.

 همانطور که داده ها در لایه های مختلف جریان می یابند، می توان آنها را برای کمک به مغز در کارهای خاص، مانند یادگیری یک دستور العمل جدید یا یادآوری یک شماره تلفن، ترکیب کرد.

آندره باستوس، استادیار روانشناسی در دانشگاه واندربیلت، همچنین یکی از نویسندگان ارشد مقاله دسترسی آزاد است، گفت :  «نتیجه جدایی آرام این فرکانس ها، همانطور که مشاهده کردیم، ممکن است به لایه های سطحی اجازه دهد تا اطلاعات حسی خارجی را نشان دهند.

با فرکانس‌های سریع‌تر، و برای لایه‌های عمیق که حالت‌های شناختی درونی را با فرکانس‌های کندتر نشان می‌دهند.

 مفهوم سطح بالا این است که قشر دارای مکانیسم های متعددی است که شامل آناتومی و نوسانات برای جداسازی اطلاعات “خارجی” از “داخلی” است.

با توجه به نظریه پیشنهادی، عدم تعادل بین نوسانات فرکانس بالا و پایین مغز می تواند منجر به کمبود توجه مانند ADHD در زمانی که فرکانس های بالاتر غالب است، منجر به اطلاعات حسی بیش از حد می شود. بسیار قوی هستند و دریافت اطلاعات حسی را محدود می کنند.

متعادل کردن صحیح سیگنال های کنترلی از بالا به پایین و سیگنال های حسی از پایین به بالا برای عملکردهای مختلف قشر بسیار مهم است. هنگامی که این تعادل مختل شود، ممکن است طیفی از اختلالات عصبی روانی رخ دهد.

اکنون محققان در حال بررسی امکان استفاده از این اندازه‌گیری‌های نوسانی برای تشخیص چنین اختلالاتی هستند.

 علاوه بر این، آنها در حال بررسی هستند که آیا بازگرداندن تعادل این نوسانات می‌تواند رفتار را تغییر دهد یا خیر، و یک راه بالقوه برای درمان شرایطی مانند کمبود توجه یا سایر اختلالات عصبی ارائه می‌دهد.

محققان اکنون مشتاق توصیف الگوهای نوسان لایه ای با جزئیات بیشتر در مناطق مختلف مغز هستند.

مرجع مجله:

1. سرگرد، AJ، لی، N.، Lichtenfeld، MJ، Carlson، B.، Mitchell، B.، Meng، PD، Xiong، Y.، وستربرگ، JA، Jia، X.، جانستون، KD، Selvanayagam، J.، Everling، S.، Maier، A.، Desimone، R.، Miller، EK، & Bastos، AM (2024). یک موتیف طیف لایه ای فراگیر از قدرت بالقوه میدان محلی در سراسر قشر پستانداران. علوم اعصاب طبیعت ، 1-14. DOI: 10.1038/s41593-023-01554-7

الگوی جهانی فرکانس‌های امواج مغزی آشکار شد

مهندس حمید تدینی: نویسنده و وبلاگ نویس مشهور، متخصص در زبان برنامه نویسی و هوش مصنوعی و ساکن آلمان است. مقالات روشنگر او به پیچیدگی های این زمینه ها می پردازد و به خوانندگان درک عمیقی از مفاهیم پیچیده فناوری ارائه می دهد. کار او به دلیل وضوح و دقت مشهور است.