Войти
Гамма-волны A гамма-волна представляет собой образец нервных колебаний у людей с частотой от 25 до 140 Гц, причем точка 40 Гц представляет особый интерес. Гамма-ритмы коррелируют с активностью крупномасштабной сети мозга и когнитивными явлениями, такими как рабочая память, внимание и перцептивная группировка, а амплитуда может быть увеличена с помощью или нейростимуляции. Измененная гамма-активность наблюдалась при многих расстройствах настроения и когнитивных расстройствах, таких как болезнь Альцгеймера, эпилепсия и шизофрения.
Гамма-волны можно обнаружить с помощью электроэнцефалографии или магнитоэнцефалографии. Одно из самых ранних сообщений об активности гамма-волн было зарегистрировано в зрительной коре бодрствующих обезьян. Впоследствии значительная исследовательская деятельность была сосредоточена на гамма-активности в зрительной коре.
Гамма-активность также была обнаружена и изучена в премоторном, теменном, временном и лобные области коры Гамма-волны составляют общий класс колебательной активности в нейронах, принадлежащих кортико-базальным ганглиям-таламо-кортикальной петле. Обычно считается, что эта активность отражает прямые связи между отдельными областями мозга, в отличие от альфа-волны обратной связи в тех же областях. Также было показано, что гамма-колебания коррелируют с возбуждением отдельных нейронов, в основном тормозных нейронов, во всех состояниях цикла бодрствование-сон. Гамма-волна наиболее заметна во время настороженного, внимательного бодрствования. Однако механизмы и субстраты, с помощью которых гамма-активность может способствовать возникновению различных состояний сознания, остаются неизвестными.
Некоторые исследователи оспаривают достоверность или значимость гамма-волновой активности, обнаруженной скальпом ЭЭГ, потому что частотная полоса гамма-волн перекрывается с электромиографический диапазон частот. Таким образом, записи гамма-сигнала могут быть загрязнены мышечной активностью. Исследования с использованием методов локального паралича мышц подтвердили, что записи ЭЭГ действительно содержат сигнал ЭМГ, и эти сигналы можно отследить по локальной двигательной динамике, такой как частота саккады или другие двигательные действия, связанные с головой. Для уменьшения присутствия артефактов ЭМГ были предложены усовершенствования в обработке и разделении сигналов, такие как применение анализа независимых компонентов или других методов, основанных на пространственной фильтрации.
Воспроизвести мультимедиа Электрокортикографический фильм, показывающий изменения высокочастотной широкополосной гамма-активности в определенных областях коры головного мозга при предъявлении визуальных стимулов во время обозначения лица / места Гамма-волны могут участвовать в формировании когерентного унифицированного восприятия, также известного как проблема комбинации в проблеме связывания, из-за их очевидной синхронизации нейронной активации скорости в различных областях мозга. Гамма-волны 40 Гц были впервые предложены для участия в зрительном сознании в 1988 году, когда два нейрона колеблются синхронно (хотя они не связаны напрямую), когда один внешний объект стимулирует их соответствующие рецептивные поля. Последующие эксперименты многих других продемонстрировали это явление в широком диапазоне зрительного познания. В частности, Фрэнсис Крик и Кристоф Кох в 1990 году утверждали, что существует значительная связь между проблемой связывания и проблемой зрительного сознания и, как следствие, синхронные колебания 40 Гц. могут быть причинно связаны как с визуальным восприятием, так и с визуальным связыванием. Позже те же авторы выразили скептицизм по поводу идеи, что колебания 40 Гц являются достаточным условием для визуального осознания.
Ряд экспериментов, проведенных Родольфо Ллинасом, подтверждают гипотезу о том, что основа сознания в состоянии бодрствования и сновидения - это колебания 40 Гц по всей корковой мантии в форме таламокортикальной повторяющейся повторяющейся активности. В двух статьях, озаглавленных «Когерентное колебание 40 Гц характеризует состояние сна у людей» (Родольфо Ллинас и Урс Рибари, Proc Natl Acad Sci USA 90: 2078-2081, 1993) и «О сновидении и бодрствовании» (Llinas Pare, 1991), Ллинас предполагает, что соединение в единое когнитивное событие могло произойти путем одновременного суммирования специфической и неспецифической 40-Гц активности вдоль радиальной дендритной оси данных корковых элементов, и что резонанс модулируется стволом мозга и получает содержание сенсорный ввод в состоянии бодрствования и внутренняя активность во время сна. Согласно гипотезе Ллинаса, известной как гипотеза таламокортикального диалога для сознания, колебания 40 Гц, наблюдаемые в бодрствовании и во сне, считаются коррелятом познания, возникающим в результате когерентного 40-Гц резонанса между таламокортикально-специфическими и неспецифическими петлями. В Llinás Ribary (1993) авторы предполагают, что специфические петли дают содержание познания, а неспецифическая петля дает временную привязку, необходимую для единства когнитивного опыта.
Передовая статья Андреаса К. Энгеля и др. в журнале Consciousness and Cognition (1999), который выступает за временную синхронизацию как основу сознания, определяет гипотезу гамма-волн следующим образом:
Предлагаемый механизм заключается в том, что гамма-волны связаны с нейронным сознанием через механизм сознательного внимания:
Таким образом, утверждается, что когда все эти нейронные кластеры колеблются вместе во время этих переходных периодов синхронизированного возбуждения, они помогают передать воспоминания и ассоциации от визуального восприятия к другим понятиям. Это объединяет несколько когнитивных процессов для создания связного согласованного когнитивного действия, такого как восприятие. Это привело к теориям, что гамма-волны связаны с решением проблемы связывания.
Гамма-волны наблюдаются как нейронная синхронизация по визуальным сигналам как в сознательных, так и в подсознательных стимулах. Это исследование также проливает свет на то, как нейронная синхронизация может объяснить стохастический резонанс в нервной системе.
Изменение активности гамма-волн ассоциируется с расстройствами настроения, такими как большая депрессия или биполярное расстройство, и может быть потенциальным биомаркером для различения униполярных и биполярных расстройств. Например, люди с высокими показателями депрессии демонстрируют дифференциальную гамма-сигнализацию при выполнении эмоциональных, пространственных или арифметических задач. Повышенная гамма-сигнализация также наблюдается в областях мозга, которые участвуют в сети режима по умолчанию, которая обычно подавляется во время задач, требующих значительного внимания. Модели депрессивного поведения на грызунах также демонстрируют дефицит гамма-ритмов.
Снижение активности гамма-волн наблюдается при шизофрении. В частности, уменьшается амплитуда гамма-колебаний, равно как и синхронность различных областей мозга, участвующих в таких задачах, как зрительный чудак и гештальт-восприятие. Люди с шизофренией хуже справляются с этими поведенческими задачами, которые связаны с восприятием и памятью постоянного распознавания. Считается, что нейробиологическая основа гамма-дисфункции при шизофрении лежит в ГАМКергических интернейронах, участвующих в известных сетях, генерирующих ритм мозговых волн. Антипсихотическое лечение, которое снижает некоторые поведенческие эффекты. симптомы шизофрении, не восстанавливает гамма-синхронизацию до нормального уровня.
Гамма-колебания наблюдаются в большинстве приступов и могут способствовать их возникновению в эпилепсия. Зрительные стимулы, такие как большие высококонтрастные решетки, которые, как известно, вызывают приступы при светочувствительной эпилепсии, также вызывают гамма-колебания в зрительной коре. Во время фокального приступа максимальная синхронность гамма-ритма интернейронов всегда наблюдается в зоне начала приступа, и синхронность распространяется от зоны начала по всей эпилептогенной зоне.
Повышенная мощность гамма-диапазона и запаздывающий гамма-ответ наблюдались у пациентов с болезнью Альцгеймера (AD). Интересно, что модель AD у мышей tg APP-PS1 демонстрирует пониженную мощность гамма-колебаний в латеральной энторинальной коре, которая передает различные сенсорные сигналы в гиппокамп и, таким образом, участвует в процессах памяти, аналогичных тем, на которые влияет БА у человека. Снижение мощности медленного гамма-излучения в гиппокампе также наблюдалось в модели AD у мышей 3xTg.
Гамма-стимуляция может иметь терапевтический потенциал для AD и других нейродегенеративных заболеваний. Оптогенетическая стимуляция быстрых всплесков интернейронов в частотном диапазоне гамма-волн была впервые продемонстрирована на мышах в 2009 году. Удержание или синхронизация гамма-колебаний гиппокампа и скачки до 40 Гц с помощью неинвазивных стимулов в гамма-диапазоне частот, таких как мигающие огни или звуковые импульсы, снижает нагрузку бета-амилоида и активирует микроглию в хорошо зарекомендовавшей себя мышиной модели AD 5XFAD. Последующие клинические испытания стимуляции гамма-диапазоном на людях показали умеренные когнитивные улучшения у пациентов с БА, которые подвергались воздействию света, звука или тактильных раздражителей в диапазоне 40 Гц. Однако точные молекулярные и клеточные механизмы, с помощью которых стимуляция гамма-диапазоном улучшает патологию БА, неизвестны.
Гиперчувствительность и дефицит памяти при Синдром ломкой Х-хромосомы могут быть связаны с нарушениями гамма-ритма в сенсорной коре и гиппокампе.. Например, пониженная синхронность гамма-колебаний наблюдалась в слуховой коре пациентов с FXS. Крысиная модель FXS с нокаутом FMR1 демонстрирует повышенное соотношение медленных (~ 25-50 Гц) и быстрых (~ 55-100 Гц) гамма-волн.
Высокая амплитуда синхронизация гамма-волн может быть вызвана самоиндуцированием через. У длительных практикующих медитацию, таких как тибетские буддийские монахи, наблюдается как повышенная активность гамма-диапазона на исходном уровне, так и значительное увеличение гамма-синхронности во время медитации, что определяется ЭЭГ кожи головы. ФМРТ у тех же монахов показала большую активацию правого островковой коры и хвостатого ядра во время медитации. Таким образом, нейробиологические механизмы индукции гамма-синхронизации очень пластичны. Эти данные могут поддерживать гипотезу о том, что чувство сознания, способность справляться со стрессом и сосредоточенность, которые, как часто говорят, улучшаются после медитации, подкрепляются гамма-активностью. На ежегодном собрании Общества нейробиологии в 2005 году нынешний Далай-лама заметил, что, если неврология сможет предложить способ получения психологических и биологических преимуществ медитации без интенсивной практики, он » был бы энтузиастом-добровольцем ».
