RITMOS CONTROLAM A COMUNICAÇÃO ENTRE REGIÕES DO CÉREBRO

Primeiro estudo em profundidade  mostra como ritmos controlam a comunicação entre regiões do cérebro.

Uma ilustração instantâneo que mostra como o anterior (azul) e posterior (laranja) regiões do córtex frontal de sincronização para se comunicar objetivos cognitivos uns aos outros (crédito: Bradley Voytek)

Como uma banda de jazz, o cérebro humano enquanto improvisa sua seção rítmica mantém um ritmo constante. Mas quando se trata de assumir tarefas intelectualmente desafiadoras, grupos de neurônios em sintonia um com o outro por uma fração de segundo harmonizam-se, em seguida, voltam a improvisar, de acordo com uma nova pesquisa liderada por UC Berkeley .

Estes resultados, noticiou segunda-feira (27 de julho) na revista Nature Neuroscience , poderia abrir o caminho para tratamentos mais direcionados para pessoas com distúrbios cerebrais marcados por ondas rápidas, lentas, ou caóticos cerebrais (oscilações neurais) - tais como a doença, esquizofrenia e de Parkinson autismo, que são caracterizados em parte por ritmos cerebrais pouco frequente.

Mantendo a batida

"O cérebro humano tem 86.000 milhões ou mais neurônios todos tentando falar uns com os outros nesta sopa incrivelmente confusa, barulhenta e eletroquímica", disse o principal autor do estudo, Bradley Voytek . "Nossos resultados ajudam a explicar o mecanismo de como as redes cerebrais vêm rapidamente juntos e se separam, se necessário."

Trabalhando com pacientes com epilepsia cognitivamente saudáveis, Voytek e seus colegas pesquisadores no Instituto de Neurociência Helen Wills da Universidade de Berkeley usado eletrocorticografia (ECoG) - o que coloca eletrodos diretamente sobre a superfície exposta do cérebro- Para medir as oscilações neurais como os pacientes realizaram tarefas cognitivamente desafiantes. Isso mostrou como os ritmos controlam a comunicação entre regiões do cérebro.

Eles descobriram como os exercícios mentais se tornaram mais exigente, as ondas teta em 08/04 Hertz (ciclos por segundo) sincronizadas dentro do lobo frontal do cérebro, permitindo que ele se conecte com cérebro sub-regiões, como o córtex motor.

"Nesses breves momentos de sincronização, numa comunicação rápida  os neurônios entre as regiões cerebrais bloqueiam  estas frequências, e esta medida é fundamental para uma variedade de distúrbios", disse Voytek, um professor assistente de ciência cognitiva na UC San Diego que conduziu a estudar como bolsista de pós-doutorado em neurociência na Universidade de Berkeley.

Existem cinco tipos de freqüências de ondas cerebrais - Gama, Beta, Alfa, Theta e Delta - e cada uma são pensadas ​​para jogar um papel diferente. Por exemplo, ondas Teta ajudam a coordenar os neurônios enquanto nós nos movemos em torno do nosso ambiente e, portanto, são a chave para o processamento de informações espaciais.

Em pessoas com autismo, a conexão entre as ondas alfa e atividade neural foi encontrado para enfraquecer quando eles processam imagens emocionais, de acordo com Voytek. E as pessoas com doença de Parkinson mostram ondas Beta anormalmente fortes no córtex motor, travamento de neurônios na ranhura errada e inibem o movimento. Felizmente, a estimulação cerebral profunda elétrica pode interromper anormalmente fortes ondas beta em Parkinson e aliviar os sintomas,

Para o estudo, pacientes com epilepsia viram formas de complexidade crescente na tela do computador e foram incumbidos de usar os dedos diferentes (índice ou médio) para apertar um botão, dependendo da forma, cor ou textura da forma. O exercício começou com os participantes simplesmente apertando o botão com, digamos, um indicador cada vez que um quadrado piscava na tela. Mas cresceu progressivamente com dificuldade; como as formas se tornaram mais camadas com cores e texturas, e seus dedos tinham de manter-se.

Como as tarefas tornaram-se mais exigentes, as oscilações mantiveram-se, coordenando mais partes do lobo frontal e sincronizando a informação que passava entre essas regiões do cérebro. "Os resultados revelaram uma coordenação delicada no código do cérebro", disse Voytek. "Nossa orquestra neural não precisa de nenhum condutor, apenas ondas cerebrais varrendo para excitar neurônios brevemente, como milhões de fãs em um estádio que fazem 'The Wave'."

Cientistas da Universidade de Brown, o Departamento de Assuntos de Veteranos, UCSF, Johns Hopkins University e da Universidade de Stanford também foram envolvidos na pesquisa.

ATUALIZAÇÃO 29 de julho de 2015: correção liderança do autor para a liberação de imprensa UC Berkeley: "pré-frontal" na ilustração legenda alterado para "frontal" e "se conectar com outras regiões do cérebro" mudado para "conectar com cérebro sub-regiões" (H / T a "betaelements" para essas capturas)

Resumo da dinâmica oscilatória coordenação das redes frontais humanos em apoio de manutenção de meta

Os seres humanos têm uma capacidade de controle hierárquico cognitivo, capacidade de controlar, simultaneamente, ações imediatas, mantendo metas mais abstratas em mente. Neuropsicológica e de neuroimagem, essa evidência sugere que o controle cognitivo hierárquica emerge de uma arquitetura frontal córtex pré-frontal em que coordena a atividade neural no córtex motor quando regras abstratas são necessárias para governar resultados motores. Utilizamos a resolução temporal melhorada do electrocorticografia intracraniana humano para investigar os mecanismos pelos quais redes oscilatórias corticais frontais se comunicam em apoio do controle cognitivo hierárquica. Respondendo de acordo com regras cada vez mais abstratas resultou em maior rede frontal codificação fase theta (4-8 Hz) e aumento da atividade local pré-frontal neuronal população (amplitude de alta gama, 80-150 Hz), que prevê julgamento-a-julgamento tempos de resposta. Codificação de fase theta acoplado com amplitude alta gama durante a codificação de informação inter-regional, sugerindo que a codificação de fase inter-regional é um mecanismo para a instanciação dinâmica das funções cognitivas complexas por sub-corticais frontais.

Referência