神秘的超低频脑电波

时间:2019-04-15    来源:中国数字科技馆

神秘的超低频脑电波

每隔几秒,大脑会发出一个脑电波,就像海面上升起一个巨大的波浪。几十年前,科学家在用功能性磁共振成像(fMRI)技术扫描人和动物的大脑时,首次发现了这种超低频脑电波,不过,当时的研究人员认为这只是一种电子噪音,或是几种较快脑电波的集合,没有重视。

现在,一项新研究检测了小鼠的超低频脑电波(频率小于0.1赫兹),结果表明,这是一种与众不同的大脑活动,与动物的意识状态紧密相关。不过,对于这种脑电波的来源和功能,科学家仍然知之甚少。

功能性磁共振成像技术可以检测大脑的血流变化,而大脑的血流变化又与神经活动有关。这项新研究的重要参与者、华盛顿大学医学院的放射学和神经科学教授马库斯·赖希勒(Marcus Raichle)说,“如果你让一个人躺在成像仪内,什么也不做,这时候,你看到的大脑成像其实是相当杂乱的。这些静息状态下的神经活动,让我们开始关注,这时大脑成像图上的信号到底代表着什么。”相关研究已经发表在4月的《神经元》(Neuron)杂志上。

为了搞清楚大脑中究竟发生了什么,赖希勒的团队一方面使用钙/血红蛋白成像,利用荧光分子从分子水平探测神经元的活动;另一方面用电生物学的方法,记录下了不同皮层的神经元信号。他们同时检测了清醒和麻醉状态下小鼠的大脑活动,其中对清醒小鼠的检测,是在一个黑暗房间完成的,当时小鼠正在吊床上休息。

研究团队发现,清醒小鼠的大脑皮层中有超低频脑电波通过,而在被麻醉后,脑电波的方向会发生改变。研究人员说,这种波与所谓的δ波(频率为1~4赫兹)和其他频率更高的脑电波是不同的。

赖希勒说,这些超低频脑电波对大脑来说或许非常重要。“想象下皮吉特湾的那些巨浪,如果遇到海啸,日子可能会非常难过,但正是在那种情况下,浪端才能闪现出绝美的浪花,”他说。换句话说,这种超低频脑电波可使大脑更加活跃——让思想的浪花闪现。

其他研究人员表示,非常欣赏新研究采用的方法,但对研究结论,即超低频脑电波与其他脑电波完全不同,他们则持怀疑态度。哥伦比亚大学祖克曼研究所的生物医学工程学教授伊丽莎白·希尔曼(Elizabeth Hillman,未参与新研究)说:“我想提醒大家,对新研究得出的结论(静息状态下的功能性磁共振成像图反映出了大脑的一些特殊属性,这些属性与皮层间的高频波动没有任何关系)还是要谨慎对待”。希尔曼在2016年发表了一篇论文,他文章中提到,受试者在静息状态下时,功能性磁共振成像得到的信号中,其实存在多种频率的脑电波,而不仅仅是低频脑电波。

不同的大脑信号是如何联系在一起的?研究人员还需要开展进一步的研究,才能弄清楚这个问题。“这种脑电波模式非常新,”希尔曼指出,“我们还不知道它们到底代表什么,要弄清楚这一点,真的非常难。”

撰文:Tanya Lewis

翻译:冯布

本文来自:环球科学

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