الگوهای امواج مغزی با فرکانس بالا در قشر حرکتی می تواند حرکت آینده را پیش بینی کند


موج مغزی

اعتبار: CC0 دامنه عمومی

نیکلاس جی. هاتسوپولوس، دکترا، استاد زیست شناسی و آناتومی ارگانیسمی در دانشگاه شیکاگو، مدت هاست به فضا علاقه مند بوده است. به طور خاص، فضای فیزیکی اشغال شده توسط مغز.

“در داخل سر ما، مغز همه مچاله شده است. اگر قشر انسان را به یک صفحه دو بعدی مسطح کنید، دو و نیم فوت مربع فضا را می پوشاند – تقریباً به اندازه چهار تکه کاغذ. شما فکر می کنید که مغز هنگام سازماندهی الگوهای فعالیت از تمام این فضا استفاده می‌کند، اما گذشته از دانستن اینکه یک قسمت از مغز بازو را کنترل می‌کند و قسمتی دیگر پا را کنترل می‌کند، ما عمدتاً نحوه استفاده مغز از آن سازمان فضایی را نادیده گرفته‌ایم.

اکنون در یک مطالعه جدید منتشر شده در 16 ژانویه در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، هاتسوپولوس و تیمش شواهدی یافته اند که نشان می دهد مغز واقعاً از سازماندهی فضایی امواج با فرکانس بالا انتشار فعالیت عصبی در طول حرکت استفاده می کند.

وجود امواج در حال انتشار فعالیت عصبی به خوبی ثابت شده است، اما آنها به طور سنتی با وضعیت رفتاری کلی یک حیوان (مانند بیدار یا خواب) مرتبط هستند. این مطالعه اولین شواهدی است که نشان می‌دهد به‌کارگیری فعالیت‌های عصبی سازمان‌یافته در سراسر قشر حرکتی می‌تواند جزئیات یک حرکت برنامه‌ریزی‌شده را اطلاع دهد.

این تیم امیدوار است که این کار به اطلاع رسانی در مورد چگونگی رمزگشایی اطلاعات موتور توسط محققان و مهندسان برای ایجاد رابط های مغز و ماشین کمک کند.

برای انجام این مطالعه، محققان فعالیت آرایه‌های چند الکترودی کاشته‌شده در قشر حرکتی اولیه میمون‌های ماکاک را ثبت کردند، در حالی که میمون‌ها وظیفه‌ای را انجام می‌دادند که لازم بود جوی استیک را حرکت دهند. سپس، آنها به دنبال الگوهای فعالیت موج مانند، به ویژه آنهایی با دامنه بالا بودند.

وی لیانگ، نویسنده اول این مطالعه و دانشجوی فارغ التحصیل در آزمایشگاه هاتسوپولوس گفت: «ما روی سیگنال‌های باند فرکانس بالا با توجه به اطلاعات غنی، دسترسی فضایی ایده‌آل و سهولت دریافت سیگنال در هر الکترود تمرکز کردیم.

آنها دریافتند که این امواج در حال انتشار، که از فعالیت صدها نورون تشکیل شده است، در جهات مختلف در سطح قشر مغز حرکت می کنند که بر اساس آن جهتی که میمون جوی استیک را فشار می دهد.

هاتسوپولوس گفت: «مثل سقوط یک سری دومینو است. “تمام الگوهای موجی که در گذشته دیده‌ایم به ما نمی‌گفتند حیوان در حال انجام چه کاری است، این اتفاق می‌افتد. این بسیار هیجان‌انگیز است زیرا اکنون ما به این الگوی انتشار موج نگاه می‌کنیم و نشان می‌دهیم که جهت wave go به شما چیزی در مورد کاری که حیوان قرار است انجام دهد می گوید.”

نتایج روش جدیدی برای نگاه کردن به عملکرد قشر مغز ارائه می دهد. هاتسوپولوس گفت: «این نشان می دهد که فضا اهمیت دارد. به جای اینکه فقط به آنچه که جمعیت نورون‌ها انجام می‌دهند و به آن اهمیت می‌دهند، نگاه کنیم، می‌بینیم که الگوهای سازمان‌یافته فضایی وجود دارد که اطلاعات را حمل می‌کند. این طرز تفکر بسیار متفاوت در مورد چیزها است.

این تحقیق چالش برانگیز بود زیرا آنها الگوهای فعالیت را از حرکات فردی مطالعه می کردند، به جای میانگین گرفتن ضبط ها در آزمایش های مکرر، که می تواند بسیار پر سر و صدا باشد. این تیم توانست یک روش محاسباتی برای پاکسازی داده ها ایجاد کند تا وضوح سیگنال های ضبط شده را بدون از دست دادن اطلاعات مهم ارائه دهد.

هاتسوپولوس گفت: «اگر در آزمایش‌ها میانگین بگیرید، اطلاعات را از دست می‌دهید. اگر بخواهیم این سیستم را به عنوان بخشی از رابط مغز و ماشین پیاده‌سازی کنیم، نمی‌توانیم میانگین آزمایش‌ها را در نظر بگیریم – رمزگشای شما باید این کار را در لحظه انجام دهد، زیرا حرکت در حال وقوع است تا سیستم به طور مؤثر کار کند.»

دانستن اینکه این امواج حاوی اطلاعاتی درباره حرکت هستند، دری را به سوی بعد جدیدی از درک نحوه حرکت مغز بدن باز می کند، که به نوبه خود می تواند اطلاعات بیشتری را برای سیستم های محاسباتی که رابط های مغز و ماشین آینده را هدایت می کنند، فراهم کند.

هاتسوپولوس گفت: “بعد فضایی تا کنون عمدتا نادیده گرفته شده است، اما این زاویه جدیدی است که می توانیم برای درک عملکرد قشر مغز از آن استفاده کنیم.” وقتی سعی می کنیم محاسباتی را که قشر مغز انجام می دهد درک کنیم، باید نحوه قرارگیری نورون ها را در نظر بگیریم.

مطالعات آینده بررسی خواهند کرد که آیا الگوهای موج مشابهی در حرکات پیچیده‌تر دیده می‌شوند، مانند حرکات متوالی بر خلاف رسیدن ساده نقطه به نقطه، و اینکه آیا تحریک الکتریکی مغز موج مانند می‌تواند حرکت میمون را سوگیری کند یا خیر.

این مطالعه با عنوان “تکثیر الگوهای فعالیت فضایی-زمانی در سراسر قشر حرکتی ماکاک حامل اطلاعات سینماتیکی است.”

اطلاعات بیشتر:
وی لیانگ و همکاران، انتشار الگوهای فعالیت فضایی و زمانی در سراسر قشر حرکتی ماکاک اطلاعات سینماتیکی را حمل می‌کنند. مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (2023). DOI: 10.1073/pnas.2212227120

ارائه شده توسط مرکز پزشکی دانشگاه شیکاگو

نقل قول: الگوهای امواج مغزی با فرکانس بالا در قشر حرکتی می‌توانند یک حرکت آتی را پیش‌بینی کنند (۲۰۲۳، ۱۹ ژانویه) که در ۱۹ ژانویه ۲۰۲۳ از https://medicalxpress.com/news/2023-01-high-frequency-brain-patterns-motor بازیابی شده است. html

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به غیر از هرگونه معامله منصفانه به منظور مطالعه یا تحقیق خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوای مذکور فقط به هدف اطلاع رسانی ایجاد شده است.