Forskere finner kilden til en mystisk hjernebølge som kan øke hukommelsen og kreativiteten

Forskere finner kilden til en mystisk hjernebølge som kan øke hukommelsen og kreativiteten

Tidsstempel: 23. juli 2023 10:00
Forskere finner kilden til en mystisk hjernebølge som kan øke hukommelsen og kreativiteten PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikalt søk. Ai.

Den menneskelige hjernen ligner litt på en rudimentær radio med fem kanaler. Elektriske signaler fra nevroner koordinerer seg over hjernen, og genererer svingninger kjent som hjernebølger. Hver bølge tilsvarer tilstanden til hjernen. Noen kommer raskt og rasende, med en høy frekvens som vanligvis forbindes med når vi er våkne og tenker. Andre er mer avslappet, med en langsommere bølgelengde som oppstår under dyp, avslappende søvn.

På en måte endrer hjernen sine kanaler mens vi går om dagen for å matche vår indre sinnstilstand til ytre krav – selv om kanalene når som helst kan blø over.

Men det er en mystisk utstøtt: en frekvens som kalles theta-bølger. De skjer mens vi er våkne eller sover. I flere tiår har disse bølgene hånet nevrovitenskapsmenn som prøver å tyde funksjonene deres. Theta-bølger ser ut til å hjelpe mus med å navigere i labyrinter, men støtter også hukommelse hos mennesker.

Det er ikke bare akademisk nysgjerrighet. Vår evne til å navigere i komplekse nye miljøer og beholde disse minnene avtar med alderen. Det er spesielt tøft for personer med Alzheimers sykdom. Ved å finne drivkilden til thetabølger, kan vi potensielt forbedre dem – ved å bruke nevrostimulering eller andre metoder – for å bremse kognitiv nedgang.

En studie in Neuron tok et første skritt. Takket være Xbox og noe virtuell kjøpesenter, gravde et team ledet av Dr. Arne Ekstrom fra University of Arizona dypt i hva som driver theta-bølgene. Studien rekrutterte personer med epilepsi som allerede hadde elektroder implantert i hjernen for å jakte på kilden til anfall.

Da de forestilte seg en tidligere rute, utløste deltakernes hjerner med theta-aktivitet, en respons som var langt sterkere enn å bare navigere ruten med en Xbox-joystick.

Hjernen har en måte å generere thetabølger internt ved hjelp av minne, sa teamet.

Et hav av hjernebølger

Hjernen vår opererer på flere elektriske frekvenser. Ved hjelp av elektroencefalografi (EEG) kan vi registrere hastigheten og sekvensen av hjerneaktivitet og fange dens relative tempo. Som rolige eller stormfulle, hakkete vann, stiger og faller disse hjernesvingningene med forskjellige frekvenser, som hver representerer en annen sinnstilstand.

Betabølger, for eksempel, gnister når hjernen er helt engasjert – for eksempel når du blir fascinert av en samtale. Alfabølger er langsommere, og er vanligvis tilstede når du setter deg ned og er klar for hvile.

Så er det thetabølger. Disse bølgene er større i amplitude og sykler enda langsommere med 3 til 12 Hz per sekund. Tidligere studier fant at de dukker opp når du er sonet ute: under motorveiskjøring, på en lang løpetur eller i dusjen. Disse bølgene er tentativt knyttet til kreativitet – ideer eller løsninger kommer plutselig til deg – eller når du dagdrømmer eller mediterer.

Til tross for flere tiår med forskning, forstår vi fortsatt ikke helt hva de koder for. Mens vi er våkne, finnes thetabølger for det meste i hippocampus, en hjerneregion som er kritisk for både hukommelse og navigasjon. Så det er ingen overraskelse at bølgene dukker opp i mus og rotter mens de prøver å finne veien gjennom komplekse labyrinter, noe som tyder på at de hjelper til med å integrere sensasjoner og bevegelse når gnagerne utforsker et nytt miljø.

Det som er overraskende er at bølgene også dukker opp hos helt stille mennesker utfordret med memorering lister med ord eller bilder. En studie fant at svingningene var kritiske for å assosiere ulike konsepter. I en annen, kunstig forsterking av theta-bølger med en hyllevare med innføringsenhet – som bruker en kombinasjon av lyd og lys for å stimulere visse hjernebølgebånd – økte minneytelsen for å gjenkalle ord hos 50 frivillige.

Det er en direkte sammenheng mellom theta-aktivitet og minneytelse, konkluderte UC Davis-teamet den gang.

Så hva er det thetabølger gjør? Hjelper de med å veilede oss når vi navigerer i verden? Eller hjelper de oss å legge ned dyrebare minner?

Den nye studien fikk de to teoriene til å gå mot hverandre.

En digital shoppingtur

Teamet startet med en verdifull gruppe frivillige: 12 menn og kvinner med epilepsi som dessverre ikke reagerte på medisiner. Hver av dem hadde allerede inntil 17 elektroder implantert i hjernen for å lete etter kilden til anfall.

Selve oppgaven er et av mine verste mareritt: å navigere i et kjøpesenter. Her gjorde de det praktisk talt ved hjelp av en Xbox-joystick, med det digitale kjøpesenteret vist på en bærbar datamaskin.

Det første trinnet er å bli kjent med seks forskjellige butikkfronter og deres beliggenhet – for eksempel en iskrembutikk, kamerabutikk og tegneseriebutikk – som å vandre rundt i et nytt kjøpesenter personlig for første gang.

Etter to runder ble de frivillige utfordret med en navigasjonsoppgave. De ble "teleportert" til en tilfeldig butikk i førstepersonsvisning, og ble bedt med en melding på skjermen om å finne en annen butikk ved hjelp av Xbox-joysticken. Rettssaken ble avsluttet etter at de navigerte til hver butikk.

Så kom hukommelsesoppgaven, og det var helt klart. Deltakeren startet likevel på en tilfeldig butikkfront. I stedet for å bruke en joystick, ble de bedt om å simulere gåturen over til en annen målbutikk mentalt – ved å trykke "A" på kontrolleren for å indikere når de begynte og når de ankom. Hele tiden var grafikken borte, med bare et bittelite hvitt kryss på skjermen for de frivillige å fokusere på. I alt utførte de 44 forsøk, med hjerneaktiviteten deres overvåket hele tiden.

Det er vanskelig å lese hva som foregår i hodet til en person: simulerer de faktisk ruten mentalt, eller bare slapper av? Studien la til flere autovern. Først måtte de frivillige fullføre en annen mental navigasjonsoppgave, men i et kjent miljø: de ble bedt om å forestille seg å stå på soverommet hjemme og gå til kjøkkenet.

Deretter la forskerne inn "fangstforsøk". Her brukte deltakerne kontrolleren til å simulere sine forestilte ruter under minneoppgaver, noe som bidro til å sikre at de faktisk husket ruten.

Til slutt, med en dose statistikk, fant teamet at tiden det tok for hver deltaker å finne en målbutikk korrelerte mellom begge oppgavene, noe som tyder på at de forestilte seg den samme ruten i stedet for bare å dagdrømme.

Hjernebølgeanalysene kom tilbake med et klart svar. Både navigasjon og mental simulering utløste theta-bølger, og ble sterkere etter hvert som forsøkene gikk. Imidlertid genererte det å huske ruten – uten noen bevegelse – langt større bølger som varte lenger. De fant de samme resultatene uavhengig av å analysere hver enkelt elektrode eller hver frivillig.

Det ser ut til at minne er en langt sterkere driver for theta-bølger sammenlignet med enkel navigering, sa teamet. Theta-bølger ser ut til å forekomme naturlig i hjernen selv uten stimulering utenfra, og støtter ideen om at de er internt generert i hjernen og er integrert for hukommelsen.

Det er flotte nyheter. Med minne tett knyttet til theta-bølger, er det mulig å utnytte de unike frekvensene og forbedre hukommelsen under aldring eller hos pasienter med demens eller andre psykiske lidelser. Det er forskere allerede utforske forskjellig hjernestimulering metoder – fra elektriske til magnetiske – med i utgangspunktet lovende resultater.

Men kanskje mer generelt, legger studien til en nylig trend som utforsker hjernebølger som en ny rute for behandling av vanskelige nevrologiske lidelser, inkludert Alzheimers og hjerneslag. Dusinvis er nå inne kliniske studier. De kan snu utviklingen for å takle tidligere uopprettelige nevrologiske lidelser. Tiden vil vise.

Bilde Credit: Lucas Kapla on Unsplash 

Tidstempel:

Mer fra Singularity Hub