Новое понимание, опубликованное в журнале eLife, стало результатом того, что ученые заглянули под прикрытие типичной практики усреднения данных бета-волн мозга. При более тщательном изучении, испытании каждого испытуемого, они увидели, что то, что действительно отражало внимание и влияло на восприятие, было дискретными мощными всплесками бета-волн на частотах около 20 герц.
«Когда люди пытались заблокировать отвлечение в какой-либо области мозга, вероятность увидеть эти бета-события возрастала», — сказала старший автор Стефани Р. Джонс, адъюнкт-профессор нейробиологии Брауна. "Мозг, казалось, гибко модулирует выражение этих бета-событий для оптимального восприятия."

По словам Джонс, результаты, полученные с единообразием на людях и мышах, могут не только уточнить текущие исследования того, как возникают и работают бета-волны в головном мозге, но и служат руководством для клиницистов при разработке методов лечения, которые стремятся модулировать бета-волны.
Тестирование прикосновения
Исследовательская группа, возглавляемая аспирантом Хеён Шин, получила данные в ходе серии экспериментов, в которых они измерили бета-волны в соматосенсорном неокортексе людей и мышей во втором, что привело к индукции (или не индуцированию) различного количества тактильных воздействий. ощущение. Люди носили колпачки с датчиками магнитоэнцефалографии, а мышам имплантировали электроды.

Для людей ощущением было постукивание по кончику пальца или по ступне. Для мышей это было покачивание уса.

От испытуемых просто требовалось сообщать об ощущениях, которые они испытывали — люди нажимали кнопку, в то время как мышей учили лизать датчик в обмен на вознаграждение. Исследователи отслеживали связь бета-мощности с тем, точно ли субъекты обнаруживали или не обнаруживали стимулы.

Как и ожидалось, они обнаружили, что чем больше бета-активности было в соответствующей области коры, тем меньше вероятность того, что испытуемые сообщали о ощущениях. Известно, что повышенная бета-активность помогает подавить отвлекающие факторы.
Шин сказал, что особенно хорошим примером является то, что в экспериментах, в которых людям сначала предлагалось сосредоточиться на ноге, в области кисти неокортекса было больше бета-мощности.

Соответственно, больше бета в области руки привело к меньшему обнаружению ощущений в руке.
«Мы думаем, что бета действует как механизм фильтрации», — сказал Шин.
Бета-всплески
Постоянно на протяжении различных итераций экспериментов как на людях, так и на мышах, увеличение бета-активности не проявлялось в виде непрерывно повышенного ритма.

Вместо этого, когда появилась бета-версия, она быстро увеличилась в виде коротких отчетливых всплесков мощности. Только если бета-версия субъекта была усреднена по многим испытаниям, это выглядело бы как плавное плато высокой активности.

Обнаружив эту закономерность, исследователи провели анализ, чтобы определить, какие особенности всплесков лучше всего предсказывают, будут ли испытуемые сообщать о прикосновении или пропускать их. В конце концов, это может быть количество взрывов, их мощность или, может быть, их продолжительность.
Шин и его команда обнаружили, что количество всплесков и их время имеют значение независимо друг от друга.

Если за секунду до сенсации было две или более вспышки, вероятность того, что она останется незамеченной, значительно выше. В качестве альтернативы, если в течение 200 миллисекунд после ощущения произойдет всего одна вспышка, стимул также с большей вероятностью будет упущен из виду.
«В идеальном случае было бы большое количество и время, близкое к стимулу», — сказал Шин.

Лучшее представление о бета-версии
Джонс признал, что хотя исследование помогает охарактеризовать природу бета в соматосенсорной неокортексе, оно не объясняет, как оно влияет на ощущения.

Но именно поэтому важно, чтобы результаты были синхронными как у мышей, так и у людей. Подтверждение того, что мыши моделируют человеческий опыт, означает, что исследователи могут полагаться на мышей в экспериментах, которые более глубоко исследуют, как возникают бета-всплески и каковы их последствия в нейронах и цепях. Шин уже проводит эксперименты, чтобы проанализировать, как разные нейронные субпопуляции способствуют бета-всплескам и соматосенсорному обнаружению соответственно. Соавтор и постдокторский исследователь Роберт Лоу применяет вычислительные нейронные модели, которые связывают записи людей и животных для дальнейших открытий.

В клинической сфере, сказал Джонс, лучшее понимание того, как работает бета-версия, может напрямую повлиять на улучшение методов лечения, таких как транскраниальная магнитная стимуляция или транскраниальный переменный ток, для лечения неврологических расстройств, таких как хроническая боль или депрессия. По словам Джонс, вместо того, чтобы использовать эти технологии для создания последовательного повышения бета в определенной области мозга, было бы более эффективно использовать их, чтобы вызвать (или подавить) более короткие и мощные всплески и рассчитать время, чтобы они были как можно ближе по времени к целевая активность мозга, насколько это возможно.

«Обычно при неинвазивной стимуляции мозга вы пытаетесь уловить ритм», — сказал Джонс. "Наши результаты показывают, что это не то, что делает мозг. Мозг выполняет эту прерывистую модель активности."