Му волна - Mu wave

Считывание ЭЭГ в одном отведении
Односекундная выборка альфа-колебаний ЭЭГ . Этот ритм возникает на частотах, аналогичных мю-ритму, хотя альфа-колебания обнаруживаются в другой части мозга.
Левая моторная кора выделена на головном мозге
Левая моторная кора , или ВА4 , выделена зеленым на этом левом боковом изображении головного мозга. Это область, в которой мю-ритмы детектируются с обеих сторон .

Сенсомоторный мю-ритм , также известный как мю-волна , гребенчатый или калитчатый ритмы или дугообразные ритмы, представляет собой синхронизированные паттерны электрической активности с участием большого количества нейронов , вероятно пирамидного типа, в той части мозга, которая контролирует произвольные движения. Эти паттерны, измеренные с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ), магнитоэнцефалографии (МЭГ) или электрокортикографии (ЭКоГ), повторяются с частотой 7,5–12,5 (и в основном 9–11) Гц и наиболее заметны, когда тело физически находится в состоянии покоя. В отличие от альфа-волны , которая возникает с той же частотой, что и в состоянии покоя.зрительная кора в задней части волосистой части головы, мю-ритм находится над моторной корой , полосой примерно от уха до уха. Человек подавляет мю-ритмы, когда он или она выполняет двигательное действие или, с практикой, когда он или она визуализирует выполнение двигательного действия. Это подавление называется десинхронизацией волны, потому что формы волн ЭЭГ вызываются синхронным срабатыванием большого количества нейронов. Мю-ритм подавляется даже тогда, когда кто-то наблюдает за другим человеком, выполняющим двигательное действие или абстрактное движение с биологическими характеристиками. Такие исследователи, как В.С. Рамачандран и его коллеги, предположили, что это признак того, что система зеркальных нейронов участвует в подавлении мю-ритма, хотя другие не согласны с этим.

Мю-ритм интересен множеству ученых. Ученые, изучающие нервное развитие , интересуются деталями развития мю-ритма в младенчестве и детстве и его ролью в обучении. Поскольку группа исследователей полагает, что на расстройство аутистического спектра (РАС) сильно влияет измененная система зеркальных нейронов и что подавление мю-ритма является последующим признаком активности зеркальных нейронов, многие из этих ученых пробудили более популярный интерес к исследованию мю-ритма. волна у людей с РАС. Различные исследователи также используют мю-ритмы для разработки новой технологии: интерфейса мозг-компьютер (BCI). С появлением систем BCI клиницисты надеются дать людям с тяжелыми физическими недостатками новые методы общения и средства управления окружающей средой и управления ею.

Зеркальные нейроны

Система зеркальных нейронов состоит из класса нейронов, которые впервые были изучены в 1990-х годах на макаках . Исследования обнаружили наборы нейронов, которые активируются, когда эти обезьяны выполняют простые задачи, а также когда обезьяны наблюдают, как другие выполняют те же простые задачи. Это говорит о том, что они играют роль в отображении движений других людей в мозгу, не выполняя их физически. Эти наборы нейронов называются зеркальными нейронами и вместе составляют систему зеркальных нейронов. Мю-волны подавляются, когда эти нейроны срабатывают, что позволяет исследователям изучать активность зеркальных нейронов у людей. Есть свидетельства того, что зеркальные нейроны существуют как у людей, так и у животных. Особый интерес представляют правая веретенообразная извилина , левая нижняя теменная долька , правая передняя теменная кора и левая нижняя лобная извилина . Некоторые исследователи считают, что подавление мю-волн может быть следствием активности зеркальных нейронов во всем головном мозге и представляет собой интегративную обработку активности зеркальных нейронов на более высоком уровне. Тесты как на обезьянах (с использованием инвазивных методов измерения), так и на людях (с использованием ЭЭГ и фМРТ ) показали, что эти зеркальные нейроны не только активируются во время основных двигательных задач, но также имеют компоненты, связанные с намерением. Имеются данные о важной роли зеркальных нейронов у людей, и мю-волны могут представлять высокий уровень координации этих зеркальных нейронов.

Разработка

Плодотворная концептуализация мю-волн в педиатрической практике заключается в том, что подавление мю-волн является представлением активности, происходящей в мире, и обнаруживается в лобных и теменных сетях. Колебания покоя подавляются во время наблюдения сенсорной информации, такой как звуки или изображения, обычно в лобно-теменной (моторной) области коры. Мю-волна обнаруживается в младенчестве уже от четырех до шести месяцев, когда пиковая частота, которой достигает волна, может составлять всего 5,4 Гц . Пиковая частота быстро увеличивается в первый год жизни, и к двум годам частота обычно достигает 7,5 Гц. Пиковая частота мю-волны увеличивается с возрастом до зрелого возраста, когда она достигает своей конечной и стабильной частоты 8–13 Гц. Эти изменяющиеся частоты измеряются как активность вокруг центральной борозды в пределах коры Rolandic.

Считается, что мю-волны указывают на развивающуюся способность младенца к подражанию . Это важно, потому что способность имитировать играет жизненно важную роль в развитии моторики , использовании инструментов и понимании причинно-следственной информации через социальное взаимодействие. Подражание является неотъемлемой частью развития социальных навыков и понимания невербальных сигналов. Причинно-следственные связи могут быть установлены через социальное обучение, не требуя личного опыта. При выполнении действия мю-волны присутствуют как у младенцев, так и у взрослых до и после выполнения двигательной задачи и сопровождающей ее десинхронизации. Однако при выполнении целенаправленного действия младенцы демонстрируют более высокую степень десинхронизации, чем взрослые. Так же, как и при выполнении действия, во время наблюдения за действием мю-волны младенцев не только демонстрируют десинхронизацию, но и более высокую степень десинхронизации, чем та, которая наблюдается у взрослых. Эта тенденция к изменениям степени десинхронизации, а не к фактическим изменениям частоты, становится мерой развития мю-волн на протяжении взрослого возраста, хотя большинство изменений происходит в течение первого года жизни. Понимание механизмов, общих для восприятия и исполнения действия в первые годы жизни, имеет значение для развития языка . Обучение и понимание через социальное взаимодействие происходит от имитации движений, а также гласных звуков. Обмен опытом посещения объекта или события с другим человеком может стать мощной силой в развитии языка.

Аутизм

Аутизм - это расстройство, связанное с социальным и коммуникативным дефицитом. Единственная причина аутизма еще не идентифицирована, но система мю-волн и зеркальных нейронов изучалась специально на предмет их роли в расстройстве. У типично развивающегося человека система зеркальных нейронов реагирует, когда он или она либо наблюдает за тем, как кто-то выполняет задание, либо выполняет задание сам. У людей с аутизмом зеркальные нейроны становятся активными (и, следовательно, мю-волны подавляются) только тогда, когда человек выполняет задание сам. Это открытие привело к тому, что некоторые ученые, в частности В.С. Рамачандран и его коллеги, стали рассматривать аутизм как нарушение понимания намерений и целей других людей из-за проблем с системой зеркальных нейронов. Этот недостаток объясняет трудности, с которыми люди с аутизмом сталкиваются в общении и понимании других. Хотя большинство исследований системы зеркальных нейронов и мю-волн у людей с аутизмом сосредоточено на простых двигательных задачах, некоторые ученые предполагают, что эти тесты можно расширить, чтобы показать, что проблемы с системой зеркальных нейронов лежат в основе общих когнитивных и социальных дефицитов.

Величина активации фМРТ в нижней лобной извилине увеличивается с возрастом у людей с аутизмом, но не у типично развивающихся людей. Более того, большая активация была связана с большим количеством зрительного контакта и лучшим социальным функционированием . Ученые считают, что нижняя лобная извилина является одним из основных нейронных коррелятов с системой зеркальных нейронов у людей и часто связана с дефицитом, связанным с аутизмом. Эти данные свидетельствуют о том, что система зеркальных нейронов может быть не нефункциональной у людей с аутизмом, а просто аномальной в своем развитии. Эта информация важна для настоящего обсуждения, потому что мю-волны могут объединять различные области активности зеркальных нейронов в головном мозге. В других исследованиях оценивались попытки сознательно стимулировать систему зеркальных нейронов и подавлять мю-волны с помощью нейробиоуправления (тип биологической обратной связи, передаваемый через компьютеры, которые анализируют записи мозговой активности в реальном времени, в данном случае ЭЭГ мю-волн). Этот тип терапии все еще находится на ранней стадии внедрения для людей с аутизмом, и его прогнозы на успех противоречивы.

Интерфейсы мозг – компьютер

Интерфейсы мозг-компьютер (ИМК) - это развивающаяся технология, которая, как надеются врачи, однажды принесет больше независимости и свободы действия лицам с тяжелыми физическими недостатками. Те, у кого технология может помочь, включают людей с почти полным или полным параличом, например, с тетраплегией (квадриплегией) или продвинутым боковым амиотрофическим склерозом (БАС); BCI предназначены для того, чтобы помочь им общаться или даже перемещать такие предметы, как моторизованные инвалидные коляски, нейропротезы или роботизированные захватные инструменты. Немногие из этих технологий в настоящее время регулярно используются людьми с ограниченными возможностями, но множество разнообразных технологий находятся в стадии разработки на экспериментальном уровне. Один тип BCI использует связанную с событием десинхронизацию (ERD) мю-волны для управления компьютером. Этот метод мониторинга активности мозга использует тот факт, что когда группа нейронов находится в состоянии покоя, они, как правило, срабатывают синхронно друг с другом. Когда участнику дают команду представить движение («событие»), результирующая десинхронизация (группа нейронов, которая активировалась синхронными волнами, теперь запускает сложные и индивидуализированные паттерны) может быть надежно обнаружена и проанализирована компьютером. Пользователи такого интерфейса обучены визуализировать движения, как правило, стопы, руки и / или языка, каждое из которых находится в разных местах коркового гомункула и, таким образом, различимо с помощью электроэнцефалографа (ЭЭГ) или электрокортикографа (ЭКоГ), регистрирующего электрические сигналы. активность над моторной корой . В этом методе компьютеры отслеживают типичный паттерн ERD на мю-волнах, противоположный визуализируемому движению, в сочетании с синхронизацией, связанной с событием (ERS) в окружающей ткани. Этот парный паттерн усиливается с обучением, и обучение все чаще принимает форму игр, в некоторых из которых используется виртуальная реальность . Некоторые исследователи обнаружили, что обратная связь с играми в виртуальной реальности особенно эффективна, поскольку дает пользователю инструменты для улучшения контроля над его или ее паттернами мю-волн. Метод ERD можно комбинировать с одним или несколькими другими методами мониторинга электрической активности мозга для создания гибридных BCI, которые часто предлагают большую гибкость, чем BCI, использующие любой единственный метод мониторинга.

История

Мю-волны изучаются с 1930-х годов и называются ритмом калитки, потому что округлые волны ЭЭГ напоминают калитки для крокета . В 1950 году Анри Гасто и его коллеги сообщили о десинхронизации этих волн не только во время активных движений своих испытуемых, но также и тогда, когда испытуемые наблюдали за действиями, выполняемыми кем-то другим. Эти результаты позже были подтверждены дополнительными исследовательскими группами, включая исследование с использованием субдуральных электродных сеток у пациентов с эпилепсией . Последнее исследование показало подавление мю, в то время как пациенты наблюдали движущиеся части тела в соматических областях коры, которые соответствовали части тела, перемещаемой актером. Дальнейшие исследования показали, что мю-волны можно десинхронизировать, воображая действия и пассивно наблюдая за биологическим движением точечного света .

Смотрите также

Мозговые волны

использованная литература