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                      醫(yī)訊信息
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                      腦電波精細解碼有望實現(xiàn) 全新角度理解大腦機制

                      發(fā)布時間:2015-03-19   查看次數(shù):127266次

                      ? ? ? ? 大腦接受外界信息的刺激,如視聽信號以物理、化學形式存在,而神經(jīng)系統(tǒng)只能以神經(jīng)脈沖的形式傳遞信息,因此必須把各種物理、化學信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率、節(jié)奏、波長等神經(jīng)脈沖來表示不同的信息,這一過程稱為編碼。就像人們調(diào)節(jié)收音機的頻率,科學家目前已在利用一種腦皮層電流描記的方法,描記大腦活動時的頻率、波長等神經(jīng)脈沖并對其進行分析,以獲得有關(guān)大腦意識的更多詳情,幫助人們從一個全新角度理解大腦的工作機制。


                        腦生理學的三種工具
                        多年來,神經(jīng)科學家一直在分析大腦在何時何地會活躍。近,華盛頓大學醫(yī)學院研究人員使用了腦皮層電流描記法,這是一種用臨時放置于大腦皮層表面的電極陣列來監(jiān)測大腦的技術(shù)?!胺治龃竽X功能,通常集中于大腦的哪個部位、什么時候產(chǎn)生活躍?!贬t(yī)學院的埃里克·里奧薩德說,而分析大腦活動的頻率、波長為研究腦生理學提供了除腦電圖(EEG)、功能性核磁共振成像(fMRI)以外的第三種主要手段。
                        功能性核磁共振成像技術(shù)主要是利用磁振造影來測量神經(jīng)元活動所引發(fā)的血液動力的改變,在大腦中定位某個功能區(qū)。腦電圖則是將電極放在頭皮上,許多神經(jīng)元同時放電就產(chǎn)生了腦電波,經(jīng)腦電圖機放大后記錄在專門的紙上,得出一定波形、波幅、頻率和位相的曲線即為腦電圖。放電頻率決定了大腦活躍頻率或波長,這是可以用赫茲或秒周期來計量的。腦電圖對癲癇診斷價值大,用腦電圖監(jiān)控外傷或癲癇病人的意識,可以幫助確定診斷和分型,對診斷腦腫瘤或損傷有一定幫助,也可用來研究睡眠。
                        相比于腦電圖,腦皮層電流描記法能直接記錄來自大腦皮層的腦波數(shù)據(jù)。在臨床上,里奧薩德和其他神經(jīng)外科醫(yī)生用這種方法來鑒別抗癲癇藥物作用源區(qū),繪制出這些區(qū)域以便通過外科手術(shù)清除病灶。得到病人允許后,他們將電極陣列放在癲癇病人顱骨以下的大腦皮層表面,監(jiān)控大腦活動波譜,以找到抗癲癇藥物在大腦中的作用源區(qū),與傳統(tǒng)的腦電波監(jiān)控手段相比,這種方法獲得的結(jié)果要更加詳細。
                        精細解碼腦電波
                        利用電極陣列收集大腦活躍性頻率的數(shù)據(jù),可以獲得更多重要的內(nèi)部觀察資料。里奧薩德既是神經(jīng)外科教授,也是神經(jīng)生物學與生物醫(yī)學工程教授。他說:“EEG只能監(jiān)控40赫茲及以下的頻率,但是腦皮層電流描記讓我們能對500赫茲以下頻率的腦電波活動進行監(jiān)控,從而能完整地研究大腦活動的生理機制,得到更好的信號,并能更準確地定位信號的來源去向?!?br>  里奧薩德和同事通過電極陣列來觀察外科麻醉后的意識減弱和恢復過程,研究結(jié)果發(fā)表在去年12月出版的美國《國家科學院院刊》上。他們發(fā)現(xiàn),每個頻率都產(chǎn)生了不同的信息,這顯示出不同的神經(jīng)回路會如何隨著意識的減弱而變化。
                        在失去意識過程中,按某種順序發(fā)生了一系列變化,在恢復意識的過程中以相反的順序重復。某個頻率區(qū)的活動性稱為伽瑪帶,被認為是神經(jīng)元與其附近神經(jīng)元之間交流傳輸信息的表現(xiàn),隨著伽瑪帶頻率的下降或回歸,病人失去或恢復意識。
                        “不管病人麻醉得有多深,某個大腦網(wǎng)絡總是以很低的頻率保持活躍性不變,”里奧薩德說,“大腦活躍性頻率高低頻之間有著某種關(guān)聯(lián),這種關(guān)聯(lián)也不會變,我們推測這可能與某些記憶回路有關(guān)。”
                        在另一篇發(fā)表于2月9日《神經(jīng)科學雜志》上的研究論文中,里奧薩德和同事證明了,大腦特定區(qū)域的波長可以用來測定該區(qū)域在當時執(zhí)行的功能。他們將一個電極放在多個不同的腦區(qū),包括語言測量腦活性數(shù)據(jù),集中分析這些數(shù)據(jù)顯示,病人的許多信息可通過腦區(qū)中的活性高頻帶獲得。比如:是否聽到了一個單詞?是否準備說出一個他聽到或看到的單詞?是否正在說一個他聽到或看到的單詞?
                        “一直以來,我們把大腦活動頻率作為一個整體,用來研究一個現(xiàn)象,但我們發(fā)現(xiàn)這些頻率并非毫無差別,而是非常多樣。”里奧薩德說,“我們用腦皮層電流描記法分析這些頻率,可解碼更多的體現(xiàn)大腦活動和認知意向的電流脈沖,因此可更多地從大腦無線電臺中獲得信息?!?/p>

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