编辑:为什么我们的大脑物质的精确频率:从电生理角度和大脑的刺激

大脑活动的振荡是一个无处不在的特性,研究了近一个世纪(Buzsaki et al ., 2013;歌手,2018年),他们最中央的角色特点,即他们喜欢的频率仍然遥遥无期。普遍支持的观点是,首选的振荡频率不应不同网络之间允许同步(伯恩斯et al ., 2011;射线和Maunsell, 2015)。因此,频率变化通常被视为有害的。在本专题,我们探索另一种意见认为,该频率的可变性允许有用的灵活性,可能功能开发。

Lowet et al。认为首选的振荡频率是不同的在大脑和感觉和认知变量变化灵活。根据同步理论,振子之间的频率变化(所谓的去谐)是一个关键参数,在一个敌对的振子之间的相互作用与耦合强度,控制同步(Pikovsky et al ., 2002)。同步和这两个参数之间的关系是阿诺德所描述的舌头。作者强调,稳定解谐大脑中可能发挥重要作用通过保持同步足够地方,支持功能的隔离,避免病理比同步。去谐的出现也会导致非零相位滞后之间的网络即使在网络没有结构性的延迟。这些相位滞后,确定网络是否“司机”或“追随者”(Lowet et al ., 2017)。在网络显示系统的频率梯度,这些相位滞后结合到旅行波从高频到低频节点节点。自喜欢的网络频率依赖感觉和认知变量,大脑可能利用解谐,合成稳定的相位滞后灵活形状信息流动行为相关的网络。因此,解谐不应被视为有害,但恰恰相反,它可以是功能有利于确定即时信息流的结构。

埃弗斯等。显示,同步理论,应用于网络在早期的视觉皮层,可以直接对视觉功能的影响。他们开始从前提是首选的振荡频率输入(刺激)端依赖(罗伯茨et al ., 2013),因此互联邻近皮质刺激刺激不同视觉对比将交互耦合振子的解谐(Lowet et al ., 2015,2017年)。他们建立一个计算模型的耦合振子的首选频率受刺激的接受字段。在仿真模拟上下文调制,有一个目标和侧卫刺激,他们表明,是否目标网络抑制或促进取决于目标和侧卫之间的解谐振荡器,进而由视觉对比差异。他们的研究结果与相关的神经生理学数据一致。因此扩展以前的结果为本地感知分组(假设这些函数Lowet et al ., 2015)。

定期去谐也很重要当大脑网络外部刺激,代表同步由外部力量,也被称为夹带(Pikovsky et al ., 2002)。经颅直流电刺激(tac)可以调节大脑持续振荡通过刺激大脑皮层网络在特定的频率接近他们喜欢的频率与顺向神经或者行为的影响;tac因此可以提供一个因果的方法测试振动功能。Vogeti et al。轮廓的两个主要机制的证据认为构成tac effects-entrainment和峰值时间依赖性可塑性(STDP)。tac的影响可以分为“在线”效应(刺激期间发生的影响)和“离线”效应”(效果持久的刺激之外)。“在线”效应往往是相关的刺激频率的调制行为在不同的阶段,而“离线”效应是post-stimulation神经生理学效应等调节振荡功率或一致性。直接建立雾沫,“在线”电生理数据需要检查,然而受到刺激的工件。然而,人们可以观察到“在线”刺激行为的影响,通常归因于夹带。相反,“离线”神经生理学效应可能被SDTP更好的解释,因为在这种情况下,夹带不是必需的。然而,没有夹带STDP不是直接证据。Vogeti et al。结论通过强调一个重要的差距在文献中,即研究的不足,同时系统地评估“在线”和“离线”效应,这将是重要的解决贡献的夹带和STDP tac的效果。

Frequency-specific周期性脑刺激可能在特定的患者群体尤其有益,在假设特定的振荡的病理生理功能障碍。Traikapi和Konstantinou审查的证据伽马频率刺激作为一个潜在的治疗阿尔茨海默病(AD)的工具。这种方法是基于这样一种观念,gamma-frequency刺激可能缓解伽马缺乏通过吸入这些振荡。新方法的应用frequency-specific感官刺激小鼠模型的广告已经被证明可以改善关键AD病理(Adaikkan et al ., 2019)。一些早期的研究在人类人类提供了第一个证据,γ的感官刺激,可能是可行和有益的(他et al ., 2021年;陈et al ., 2022)。然而,尽管在老鼠身上的研究表明影响frequency-specific,相同的人类仍有待确定。

Charalambous和Hadjipapas探索的证据frequency-specificity motor-descending驱动的行走,一个至关重要的运动任务,通常是卒中后受损。的概念是,如果明确frequency-specificity两个主要下行运动大片(皮质脊髓束,春秋国旅和corticoreticulospinal,嵴)可以建立在行走,然后由frequency-specific靶向治疗的刺激下驱动(例如,tac),可能代表一个潜在的富有成效的中风后neurorehabilitation策略。虽然beta-frequency特异性对春秋国旅是证据确凿的,在动物模型和人类都需要更多的研究来支持α频率特异性的波峰。此外,有证据表明,tac应用在行走可以调节β振幅和行为,卒中后可能是有益的。然而,tac的研究到目前为止没有刺激特别在α或β频段,这在文献中是一个重要的差距。总的来说,仔细描述frequency-specific振荡在神经和肌肉信号走似乎是一个卓有成效的方法。

虽然知道振动振幅的作用,在本专题,我们表明,精确的振荡频率也很相关。它决定去谐网络之间或之间的网络和外部刺激,在同步中发挥着关键作用。我们表明,大脑可能利用解调功能,精确的频率的外部刺激,感觉或电/磁,可能促进认知和行为以及确定成功治疗大脑疾病。

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