Žmogaus smegenų sudėtingumas – 86 milijardai stiprių neuronų su daugiau nei 100 trilijonų jungčių – įgalina abstraktų mąstymą, kalbos įsisavinimą, pažangų samprotavimą ir problemų sprendimą bei kūrybiškumo ir socialinio bendravimo galimybes. Supratimas, kaip smegenų signalizacijos ir dinamikos skirtumai sukuria unikalų individų pažinimą ir elgesį, jau seniai buvo neurologijos tyrimų tikslas, tačiau daugelis reiškinių lieka nepaaiškinami.
Vašingtono universiteto Sent Luise neurologų ir inžinierių atliktame tyrime šią žinių spragą siekiama išspręsti pasitelkiant naują metodą, skirtą sukurti individualizuotus smegenų modelius, kurie suteikia įžvalgų apie individualią nervų dinamiką. Šis darbas, kuriam vadovavo McKelvey inžinerijos mokyklos Preston M. Green Elektros ir sistemų inžinerijos katedros docentas ShiNung Ching, ir Menų ir mokslų psichologijos ir smegenų mokslų katedros profesorius Toddas Braveris, paskelbtas sausio mėn. 17 colių PNASpristato naują sistemą, kuri leis tyrėjams sukurti individualizuotus smegenų modelius, pagrįstus išsamiais duomenimis iš neinvazinių, didelės raiškos smegenų nuskaitymų. Tokie suasmeninti modeliai taikomi moksliniams tyrimams ir klinikinėms aplinkoms, kur jie galėtų paremti neurologijos ir neurologinių būklių gydymo pažangą.
„Šis tyrimas pagrįstas mūsų poreikiu suprasti smegenų dinamikos skirtumus tarp žmonių“, – sakė pirmasis autorius Matthew Singhas, kuris atliko tyrimą būdamas WashU Braverio ir Chingo doktorantūroje, o dabar yra universiteto docentas. iš Illinois Urbana-Champaign. „Mes nepaaiškiname viso žmogaus smegenyse veikiančių biofizinių mechanizmų spektro, tačiau galime paaiškinti, kodėl sveikų asmenų smegenų dinamika skiriasi, naudodami naują modeliavimo sistemą, kuri suteikia mums įžvalgų apie smegenų mechaniką ir patikrinamas prognozes. smegenų reiškinių“.
Pagrindinis komandos technikos pranašumas yra jos gebėjimas matyti individualius alfa ir beta bangų generavimo variantus ir susieti juos su visuotiniais smegenų pokyčiais. Šie du smegenų bangų tipai, pasižymintys skirtingais elektriniais dažniais, yra susiję su skirtingomis pažinimo būsenomis ir funkcijomis. Pavyzdžiui, alfa bangos yra susijusios su atsipalaidavusiomis būsenomis, tokiomis kaip meditacija, o beta bangos yra susijusios su budrumo ir aktyviomis būsenomis, tokiomis kaip sprendimų priėmimas ir problemų sprendimas. Didžiausio alfa bangų dažnio kitimas tradiciškai buvo patikimas individualių smegenų ir elgesio skirtumų matas.
Tyrimas sieja alfa ir beta dažnių svyravimų skirtumus su visame smegenyse skirtinga pusiausvyra tarp jaudinamųjų neuronų – tų, kurie skatina aktyvumą šaudydami ir perduodami signalus kitiems neuronams – ir slopinančių neuronų – tų, kurie reguliuoja aktyvumą, liepdami kitiems neuronams to nedaryti. iššaudyti. Tyrėjai patvirtino suasmenintus modelius, parodydami, kad jie gali atkurti pasaulinius individualius alfa ir beta modelius ir tiksliai prognozuoti būsimą smegenų veiklą, patikrindami jų sistemos aiškinamąją galią.
„Ši nauja technika yra galingas įrankis, leidžiantis ištirti atskirų smegenų dinamikos mechanizmus, pagrįstus neinvaziniais smegenų veiklos matavimais”, – sakė Chingas. „Tai leis mums tobulinti aukšto lygio neurologijos mokslą, sukurti tikslius smegenų modelius asmenims, galintiems prognozuoti būsimą smegenų veiklą, ir panaudoti šias žinias individualizuotoms medicininėms intervencijoms informuoti.
„Nuolatinis bendradarbiavimas, mūsų modelio plėtra ir tobulinimas bus pagrindinė tolesnių šio projekto žingsnių dalis“, – pridūrė Braveris. „Mūsų novatoriškas požiūris gali suteikti naujų įžvalgų apie tai, kaip individualūs smegenų dinamikos pokyčiai lemia pažinimo funkcijų skirtumus. Tikimės, kad ši sistema taip pat ilgainiui suteiks informacijos apie naujus kognityvinio funkcionavimo gerinimo būdus, pavyzdžiui, naudojant neurostimuliaciją.”