Gama vlna - Gamma wave

Nesmí být zaměňována s gama paprsky .
Gama vlny

Gama vlna nebo gama Rytmus je vzor nervové kmitání u lidí s frekvencí mezi 25 a 140 Hz , je 40- Hz bod je zvláště zajímavá. Gama rytmy korelují s rozsáhlou aktivitou mozkové sítě a kognitivními jevy, jako je pracovní paměť , pozornost a seskupování vjemů , a lze je zvýšit v amplitudě meditací nebo neurostimulací . Změněná aktivita gama byla pozorována u mnoha náladových a kognitivních poruch, jako je Alzheimerova choroba , epilepsie a schizofrenie .

Objev

Gama vlny lze detekovat elektroencefalografií nebo magnetoencefalografií . Jedna z prvních zpráv o aktivitě gama vln byla zaznamenána z vizuální kůry vzhůru opic. Následně se významná výzkumná činnost soustředila na gama aktivitu ve zrakové kůře.

Gama aktivita byla také detekována a studována napříč premotorickými , parietálními , časovými a frontálními kortikálními oblastmi Gama vlny představují společnou třídu oscilační aktivity v neuronech patřících do kortiko-bazálních ganglií-thalamo-kortikální smyčky . Typicky je tato aktivita chápána tak, že odráží dopředná spojení mezi odlišnými oblastmi mozku, na rozdíl od zpětné vazby alfa vln napříč stejnými oblastmi. Rovněž bylo prokázáno, že gama oscilace korelují s vypalováním jednotlivých neuronů, většinou inhibičních neuronů, během všech stavů cyklu probuzení a spánku. Aktivita gama vln je nejvýraznější během bdělosti, pozorného bdění. Mechanismy a substráty, pomocí kterých může aktivita gama pomáhat generovat různé stavy vědomí, však zůstávají neznámé.

Kontroverze

Někteří výzkumníci zpochybňují platnost nebo smysluplnost aktivity gama vln detekované skalpovým EEG , protože frekvenční pásmo gama vln se překrývá s elektromyografickým frekvenčním pásmem. Záznamy gama signálu by tedy mohly být kontaminovány svalovou aktivitou. Studie využívající techniky lokální paralýzy svalů potvrdily, že záznamy EEG obsahují signál EMG a tyto signály lze vysledovat na místní motorickou dynamiku, jako je rychlost sakády nebo jiné motorické akce zahrnující hlavu. Byly navrženy pokroky ve zpracování a separaci signálu, jako je aplikace analýzy nezávislých komponent nebo jiných technik založených na prostorovém filtrování , aby se snížila přítomnost artefaktů EMG.

Funkce

Vědomé vnímání

Elektrokortikografický film ukazující změny vysokofrekvenční širokopásmové gama aktivity v konkrétních kortikálních oblastech, když jsou během úkolu pojmenování obličeje/místa prezentovány vizuální podněty.

Gama vlny se mohou podílet na tvorbě koherentního, sjednoceného vnímání , známého také jako problém kombinace ve vazebném problému , kvůli jejich zjevné synchronizaci rychlostí nervového vypalování napříč odlišnými oblastmi mozku. 40 Hz gama vlny byly poprvé navrženy k účasti na vizuálním vědomí v roce 1988, např. Dva neurony kmitají synchronně (i když nejsou přímo spojeny), když jeden vnější předmět stimuluje jejich příslušná receptivní pole. Následné experimenty mnoha dalších prokázaly tento jev v široké škále vizuálního poznání. Zejména Francis Crick a Christof Koch v roce 1990 tvrdili, že mezi vazebným problémem a problémem zrakového vědomí existuje významný vztah, a v důsledku toho mohou být synchronní oscilace 40 Hz kauzálně zapojeny do vizuálního povědomí i do vizuálního vazba. Později stejní autoři vyjádřili skepsi k myšlence, že oscilace 40 Hz jsou dostatečnou podmínkou vizuálního povědomí.

Řada experimentů provedených Rodolfem Llinásem podporuje hypotézu, že základem vědomí v bdělých stavech a snění jsou oscilace 40 Hz v celém kortikálním plášti ve formě thalamokortikální iterativní rekurentní aktivity. Ve dvou dokumentech s názvem „Souvislá oscilace 40 Hz charakterizuje stav snů u lidí“ (Rodolfo Llinás a Urs Ribary, Proc Natl Acad Sci USA 90: 2078-2081, 1993) a „O snění a bdění“ (Llinas & Pare, 1991) , Llinás navrhuje, aby spojení do jediné kognitivní události mohlo nastat souběžným součtem specifické a nespecifické 40 Hz aktivity podél radiální dendritické osy daných kortikálních prvků a že rezonance je modulována mozkovým kmenem a je dána obsahem smyslové vstupy v bdělém stavu a vnitřní aktivita během snění. Podle Llinásovy hypotézy, známé jako hypotéza thalamokortikálního dialogu pro vědomí, je oscilace 40 Hz pozorovaná v bdělosti a ve snění navržena jako korelát poznání, vyplývající z koherentní 40 Hz rezonance mezi thalamokortikálně specifickými a nespecifickými smyčkami. V Llinás & Ribary (1993) autoři navrhují, aby specifické smyčky poskytovaly obsah poznání a aby nespecifická smyčka poskytla časovou vazbu požadovanou pro jednotu kognitivní zkušenosti.

Hlavní článek Andrease K. Engela a kol . v časopise Consciousness and Cognition (1999), který argumentuje časovou synchronizací jako základem pro vědomí, definuje hypotézu gama vlny takto:

Hypotéza je, že synchronizace neuronálních výbojů může sloužit k integraci distribuovaných neuronů do buněčných sestav a že tento proces může být základem výběru percepčně a behaviorálně relevantních informací.

Pozornost

Navrhovaný mechanismus je, že gama vlny se vztahují k nervovému vědomí prostřednictvím mechanismu pro vědomou pozornost:

Navrhovaná odpověď spočívá ve vlně, která pocházející z thalamu obepíná mozek zepředu dozadu, 40krát za sekundu, přičemž synchronizuje různé neuronální obvody s předpisem [sic], a tím uvádí recept [sic] do pozornostní popředí. Pokud je thalamus alespoň trochu poškozen, tato vlna se zastaví, vědomé vědomí se netvoří a pacient upadá do hlubokého kómatu.

Tvrzení tedy je, že když všechny tyto neuronové klastry oscilují společně během těchto přechodných období synchronizovaného střelby, pomáhají vyvolat vzpomínky a asociace z vizuálního vjemu do jiných pojmů. To přináší distribuovanou matici kognitivních procesů dohromady, aby se vytvořil soudržný, sladěný kognitivní akt, jako je vnímání. To vedlo k teoriím, že gama vlny jsou spojeny s řešením problému vazby .

Gama vlny jsou pozorovány jako neurální synchronie z vizuálních podnětů při vědomých i podprahových podnětech. Tento výzkum také osvětluje, jak může neurální synchronie vysvětlovat stochastickou rezonanci v nervovém systému.

Klinický význam

Poruchy nálady

Změněná aktivita gama vln je spojena s poruchami nálady, jako je velká deprese nebo bipolární porucha, a může být potenciálním biomarkerem pro rozlišení unipolárních a bipolárních poruch. Například lidské subjekty s vysokým skóre deprese vykazují diferenciální gama signalizaci při plnění emočních, prostorových nebo aritmetických úkolů. Zvýšená gama signalizace je také pozorována v oblastech mozku, které se účastní sítě výchozího režimu , která je normálně potlačena během úkolů vyžadujících značnou pozornost. Hlodavčí modely chování podobného depresi také vykazují nedostatečné gama rytmy.

Schizofrenie

U schizofrenie je pozorována snížená aktivita gama vln . Konkrétně je snížena amplituda oscilací gama, stejně jako synchronizace různých oblastí mozku zapojených do úkolů, jako je vizuální oddball a Gestaltovo vnímání . Lidé se schizofrenií dosahují hůře těchto behaviorálních úkolů, které se týkají vnímání a nepřetržité paměti rozpoznávání. Neurobiologický základ gama dysfunkce u schizofrenie spočívá v GABAergních interneuronech zapojených do známých sítí generujících rytmus mozkových vln. Antipsychotická léčba, která zmenšuje některé behaviorální symptomy schizofrenie, neobnovuje synchronizaci gama na normální úroveň.

Epilepsie

Oscilace gama jsou pozorovány u většiny záchvatů a mohou přispět k jejich vzniku u epilepsie . Vizuální podněty, jako jsou velké, vysoce kontrastní mřížky, o nichž je známo, že vyvolávají záchvaty při fotosenzitivní epilepsii, také způsobují oscilace gama ve zrakové kůře. Během fokální záchvatové události je v zóně nástupu záchvatu vždy pozorována maximální synchronizace gama rytmu interneuronů a synchronie se šíří z nástupní zóny přes celou epileptogenní zónu.

Alzheimerova choroba

U pacientů s Alzheimerovou chorobou (AD) byla pozorována zvýšená síla pásma gama a zpožděné reakce gama . Je zajímavé, že myší model AD tg APP-PS1 vykazuje sníženou oscilační sílu gama v laterálním entorhinálním kortexu , který přenáší různé smyslové vstupy do hippocampu a účastní se tak paměťových procesů analogických těm, které jsou ovlivněny lidským AD. Snížený hippocampální pomalý gama výkon byl také pozorován u myšího modelu AD 3xTg.

Stimulace gama může mít terapeutický potenciál pro AD a další neurodegenerativní onemocnění. Optogenetická stimulace rychle se měnících interneuronů ve frekvenčním rozsahu gama vln byla poprvé prokázána na myších v roce 2009. Unášení nebo synchronizace hippocampálních oscilací gama a zrychlování na 40 Hz prostřednictvím neinvazivních stimulů ve frekvenčním pásmu gama, jako jsou blikající světla nebo pulzy zvuku, snižuje zátěž amyloidem beta a aktivuje mikroglie v dobře zavedeném myším modelu AD 5XFAD. Následné klinické studie lidské stimulace gama pásma ukázaly mírné kognitivní zlepšení u pacientů s AD, kteří byli vystaveni světelným, zvukovým nebo hmatovým podnětům v rozsahu 40 Hz. Přesné molekulární a buněčné mechanismy, kterými stimulace gama pásem zlepšuje patologii AD, nejsou známy.

Fragile X syndrom

Přecitlivělost a deficity paměti u syndromu Fragile X mohou být spojeny s abnormalitami gama rytmu ve smyslové kůře a hippocampu . Ve sluchové kůře pacientů s FXS byla například pozorována snížená synchronizace oscilací gama . Model FMR1 knockoutovaných krys FXS vykazuje zvýšený poměr pomalých (~ 25-50 Hz) k rychlým (~ 55-100 Hz) gama vlnám.

Meditace a všímavost

Synchronii gama vln s vysokou amplitudou lze vyvolat pomocí meditace . Dlouhodobí praktikující meditace, jako jsou tibetští buddhističtí mniši, vykazují jak zvýšenou aktivitu v pásmu gama na počátku, tak také významné zvýšení synchronizace gama během meditace, jak je určeno EEG pokožky hlavy. fMRI na stejných mnichech odhalila větší aktivaci pravého ostrovního kortexu a jádra caudate během meditace. Neurobiologické mechanismy indukce gama synchronizace jsou tedy vysoce plastické . Tyto důkazy mohou podpořit hypotézu, že pocit vědomí, schopnost zvládat stres a soustředění, o nichž se často říká, že se po meditaci zlepšují, jsou podpořeny gama aktivitou. Na výročním zasedání Společnosti pro neurovědu v roce 2005 současný dalajláma poznamenal, že pokud by neurověda mohla navrhnout způsob, jak navodit psychologické a biologické výhody meditace bez intenzivní praxe, „byl by nadšeným dobrovolníkem“.

Viz také

Mozkové vlny

externí odkazy

Reference