導(dǎo)讀：迄今為止，科學(xué)家們對于自發(fā)腦電波出現(xiàn)的原因仍然沒有定論。近日，布朗大學(xué)在PNAS發(fā)表了他們研究的一項(xiàng)關(guān)于β腦電波形成的新機(jī)制，可能對這個尚不明確的科學(xué)問題有一定的提示作用。
腦電波（EEG）是大腦在活動時，大量神經(jīng)元同步發(fā)生的突觸后電位經(jīng)總和后形成的。它記錄大腦活動時的電波變化，是腦神經(jīng)細(xì)胞的電生理活動在大腦皮層或頭皮表面的總體反映?，F(xiàn)代科學(xué)研究已經(jīng)知道，人腦工作時會產(chǎn)生腦電波，可用電子掃描儀檢測出。經(jīng)過研究證實(shí)大腦在至少有五個不同的腦電波，即δ波、θ波、α波、β波及γ波。其中，β波是一種頻率在20Hz左右的腦電波，它通常伴隨著人體重要的基礎(chǔ)行為，比如注意力、感覺和運(yùn)動，并且與一些疾病如帕金森病密切相關(guān)。科學(xué)家們對于自發(fā)腦電波出現(xiàn)的原因莫衷一是，甚至至今仍不清楚腦電波究竟只是腦活動的副產(chǎn)物，還是行使正常腦部功能必不可少的起始因素。
近日，來自布朗大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家們發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于β腦電波的新機(jī)制。該研究發(fā)表于Proceedings of the National Academy of Sciences上，“首先，我們需要了解β腦電波與行為或病理狀態(tài)的因果關(guān)系，并且怎樣通過調(diào)控它來優(yōu)化大腦功能，也就是在細(xì)胞或者電生理水平去理解它是怎樣產(chǎn)生的?！北狙芯康淖髡?、布朗大學(xué)神經(jīng)科學(xué)副教授Stephanie Jones說。“我們的研究結(jié)合了幾種技術(shù)以解決這個問題，并提出了一種自發(fā)新皮層β腦電波的新機(jī)制?！?/p>
研究團(tuán)隊(duì)首先用腦磁圖儀（MEG）觀測人類軀體感覺皮質(zhì)區(qū)的β腦電波，軀體感覺皮質(zhì)區(qū)處理觸覺、痛覺、溫覺等感覺。研究人員仔細(xì)分析了β腦電波，發(fā)現(xiàn)它僅持續(xù)150毫秒。并且，在波中部出現(xiàn)的一個大而陡的波谷成為其特征波形。接下來的問題是，大腦皮層中是什么神經(jīng)活動產(chǎn)生了這種波呢？為了解釋這個問題，研究人員利用皮層電路的電腦模型再創(chuàng)造出這種電波，該模型由大腦皮層的多層皮質(zhì)柱構(gòu)成，其中包含著不同種類的細(xì)胞。此外，由于MEG所測量的磁場主要來源于大腦皮層錐體細(xì)胞樹突產(chǎn)生的突觸后電位，因此這個模型在設(shè)計(jì)中還包含了錐體細(xì)胞。
研究人員發(fā)現(xiàn)，只需給予不同層皮層柱細(xì)胞兩種興奮性突觸刺激就可以復(fù)制出與β腦電波幾乎相同的波形：一種是在底層區(qū)，在胞體附近的椎體細(xì)胞突觸棘上給予微弱而持久的刺激，另一種是在上層區(qū)，在遠(yuǎn)離胞體的樹突上給予強(qiáng)而短促，持續(xù)50毫秒（即一個β腦電波周期）的刺激。刺激產(chǎn)生的波形中的波谷決定了β腦電波的頻率。
在電腦模型上得到初步結(jié)果之后，研究人員又在兩種動物模型上驗(yàn)證了該模型。他們分析了小鼠和恒河猴大腦皮層的測試結(jié)果，確認(rèn)這種類型的刺激與響應(yīng)也會出現(xiàn)在動物模型的不同皮質(zhì)層之中。
Jones和她的共同作者認(rèn)為，β腦電波可能來自大腦深處的下丘腦，因?yàn)橄虑鹉X恰巧處在一個關(guān)鍵的位置，這個位置是將信號準(zhǔn)確地傳遞給皮層椎體神經(jīng)元的必經(jīng)之路。而且下丘腦所發(fā)出的脈沖剛好持續(xù)50毫秒，這進(jìn)一步證明了他們的理論。
由于研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了腦電波發(fā)生的新生理物理學(xué)理論。因此他們希望更進(jìn)一步研究β腦電波是否影響了行為與疾病，或者僅僅是行為與疾病的反照?，F(xiàn)在，Jones的團(tuán)隊(duì)與布朗大學(xué)神經(jīng)科學(xué)的教授Christopher Moore合作，著手試驗(yàn)他們關(guān)于β腦電波在腦內(nèi)是否可能減少感覺或者傳遞信息的猜想。他們猜想產(chǎn)生β腦電波的沖動可能也刺激了皮層頂層的抑制性神經(jīng)元，或使椎體神經(jīng)元的活性飽和，因而削弱了它們處理信息的能力；或者下丘腦的脈沖所產(chǎn)生的β腦電波占據(jù)了下丘腦這個信息傳遞點(diǎn)，從而使信息不能在皮層傳播。Jones認(rèn)為將這些問題弄清楚有助于尋找出一種基于控制β腦電波的新療法，并給那些希望通過調(diào)節(jié)β腦電波及其他腦波來改善感覺運(yùn)動疾病的研究人員一定的提示作用。
備注：本文編譯自medicalxpress網(wǎng)站，原標(biāo)題：“New theory explains how beta waves arise in the brain”
原文來源
Neural mechanisms of transient neocortical beta rhythms: Converging evidence from humans, computational modeling, monkeys, and mice, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1604135113
