当信息通过大脑的层次流动时,更高的区域使用更高的频率波

脑波功率的测量,而动物等待看到新图像在每个区域的β频带中显示出不同的峰值:在前额叶皮质中的视觉皮质V4,15Hz中约为11 Hz,15 Hz。信誉:马萨诸塞州理工学院

为了产生你的想法和行动,你的大脑沿着它的表面,或皮层,在一个层次上处理信息的区域,从“较低”的区域,对传入的感觉进行基本的分析,到“较高”的执行区域,制定你使用新知识的计划。在一项新的研究中,麻省理工学院的神经科学家试图解释这个组织是如何出现的,他们报告了两大趋势:在三个不同的区域中,信息编码或其抑制与特定脑电波频段之间类似的拉锯战有关,一个区域在层次结构中的地位越高,其脑电波在每个频段的峰值频率就越高。

通过制作和分析三个神经元和周围电场的测量在动物身上,研究小组在认知神经科学杂志提供了脑电波如何控制整个大脑皮层的信息流的统一视图,脑电波是脑细胞活动的振荡模式。

皮考尔学习与记忆研究所(Picower Institute for Learning and Memory)的神经科学教授、该研究的资深作者厄尔·米勒(Earl Miller)说:“当你看之前的研究时,你会看到我们在许多区域发现的例子,但它们都是以不同的方式在不同的实验中发现的。”“我们想要获得一个总体的图景,所以我们就这么做了。我们解决了整个大脑皮层看起来是什么样子的问题。”

加入了斯德哥尔摩大学的联合第一作者Mikael Lundqvist:“很多,许多研究都研究了特定频率的阶段在皮质地区之间的阶段。它自身已成为一个领域,因为同步将影响地区之间的沟通。但是,如果地区完全在不同的频率下通信,则可以说是更重要的是。这里我们在地区的优选频率下发现了如此系统的转变。它可能已被拼接在一起的研究,但据我所知,但据我所知还没有之前直接显示。这是一个简单但潜在的基本观察。“

该论文的另一位第一作者是皮考尔研究所博士后安德烈·巴斯托斯。

为了进行观察,研究小组让动物们正确区分它们刚刚看到的图像——这是一种简单的视觉工作记忆。当这些动物玩游戏时,科学家们测量了每只动物在任务皮层等级的底部、中间和顶部三个区域的数百个神经元的个别峰值活动顶叶皮层和前额叶皮层。他们同时跟踪由这种活动产生的波。

在每一个他们发现当编码图像时(首次呈现)或召回(测试工作存储器时),脑波的Thet和伽马波频带的力量将增加α和β乐队中的突发和电力减少。当信息必须考虑到信息时,例如在第一眼和测试之间的时间段内,Theta和Gamma电力下降,并且alpha和beta电源爆发。米勒表示,这些频带之间的这种频带之间的功能“推/拉”序列已经示出了包括电机皮层,但在同一任务的过程中通常不会在多个区域上同时同时同时。

研究人员还观察到,Theta和伽马电力的爆发与编码图像信息的神经尖峰密切相关。同时,alpha和beta power突发与同一尖峰活动进行反相关。

虽然这条规则在所有三个区域应用于所有三个区域,但是每个区域在每个频带内采用不同的峰值。例如,在视觉皮质β频段,例如在11 Hz达到达到达到的,位于15Hz的Paretalβ达到峰值,前额叶β在19 Hz达到峰值。同时,视觉皮质伽玛发生在65赫兹,顶叶伽马处于72赫兹,底部γ在80 Hz。

“当你从大脑后部移动到前面时,所有频率都会稍高,”米勒说。

虽然研究中的主要趋势 - 频带之间的逆关系和每个频段内的峰值频率的系统上升 - 既持续观察和统计学意义,但它们只会显示与功能的关联,而不是因果关系。但研究人员表示,它们与α和β交替地抑制或释放,伽玛控制信息的编码的模型一致 - 一种自上而下控制感官活动的形式。

同时,他们假设峰值频率的系统增加等级可以用于多种功能。例如,如果每个频带携带信息中的波,则它更高的区域将以更快的频率采样,以提供从下部区域的原始输入的更细粒度的采样。此外,更快的频率在纳入其他地区的相同频率时更有效,使得较高的区域在较低的区域控制活性的有效方式。

“振荡节奏频率的增加可能有助于塑造大脑中的信息流“作者写道。

更多信息:Mikael Lundqvist等,皮质层次结构振荡动力学的保存和变化,认知神经科学杂志(2020)。DOI: 10.1162 / jocn_a_01600

期刊信息:认知神经科学杂志

由...提供麻省理工学院