Сенсомоторный мю-ритм , также известный как мю-волна , гребенчатый или калиточный ритм или дугообразные ритмы, представляют собой синхронизированные паттерны электрической активности, включающие большое количество нейронов , вероятно, пирамидального типа, в той части мозга, которая контролирует произвольные движения. [1] Эти паттерны, измеренные с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ), магнитоэнцефалографии (МЭГ) или электрокортикографии (ЭКоГ), повторяются с частотой 7,5–12,5 (и в первую очередь 9–11) Гц и наиболее заметны, когда тело находится в состоянии физического покоя. [1] В отличие от альфа-волны , которая возникает с аналогичной частотой над покоящейся зрительной корой в задней части черепа, мю-ритм обнаруживается над моторной корой , в полосе примерно от уха до уха. Люди подавляют мю-ритмы, когда выполняют двигательные действия или, с практикой, когда визуализируют выполнение двигательных действий. Это подавление называется десинхронизацией волны, потому что формы волн ЭЭГ вызваны большим количеством нейронов, срабатывающих синхронно. Мю-ритм подавляется даже тогда, когда кто-то наблюдает за другим человеком, выполняющим двигательное действие или абстрактное движение с биологическими характеристиками. Такие исследователи, как В.С. Рамачандран и его коллеги, предположили, что это признак того, что система зеркальных нейронов участвует в подавлении мю-ритма, [2] [3], хотя другие не согласны. [4]
Ритм мю представляет интерес для различных ученых. Ученые, изучающие развитие нервной системы , интересуются подробностями развития ритма мю в младенчестве и детстве и его ролью в обучении. [5] Поскольку группа исследователей считает, что расстройство аутистического спектра (РАС) находится под сильным влиянием измененной системы зеркальных нейронов [2] [6] [7] и что подавление ритма мю является нисходящим показателем активности зеркальных нейронов, [3] многие из этих ученых разожгли более популярный интерес к исследованию мю-волн у людей с РАС. Различные исследователи также находятся в процессе использования ритмов мю для разработки новой технологии: интерфейса мозг-компьютер (ИМК). С появлением систем ИМК врачи надеются предоставить людям с тяжелыми физическими недостатками новые методы общения и средства для манипулирования и навигации в окружающей среде. [8]
Система зеркальных нейронов состоит из класса нейронов , который впервые был изучен в 1990-х годах на обезьянах-макаках . [7] Исследования обнаружили наборы нейронов, которые активируются, когда эти обезьяны выполняют простые задачи, а также когда обезьяны видят, как другие выполняют те же простые задачи. [9] Это говорит о том, что они играют роль в отображении движений других в мозге без фактического физического выполнения движений. Эти наборы нейронов называются зеркальными нейронами и вместе составляют систему зеркальных нейронов. Мю-волны подавляются, когда эти нейроны активируются, явление, которое позволяет исследователям изучать активность зеркальных нейронов у людей. [10] Существуют доказательства того, что зеркальные нейроны существуют как у людей, так и у нечеловеческих животных. Правая веретенообразная извилина , левая нижняя теменная долька , правая передняя теменная кора и левая нижняя лобная извилина представляют особый интерес. [7] [11] [12] Некоторые исследователи полагают, что подавление мю-волн может быть следствием активности зеркальных нейронов во всем мозге и представляет собой более высокий уровень интегративной обработки активности зеркальных нейронов. [3] Тесты как на обезьянах (с использованием инвазивных методов измерения), так и на людях (с использованием ЭЭГ и фМРТ ) показали, что эти зеркальные нейроны не только активизируются во время основных двигательных задач, но также имеют компоненты, которые имеют дело с намерением. [13] Существуют доказательства важной роли зеркальных нейронов у людей, и мю-волны могут представлять собой высокий уровень координации этих зеркальных нейронов. [3]
Плодотворная концептуализация мю-волн в педиатрии заключается в том, что подавление мю-волн является представлением активности, происходящей в мире, и обнаруживается в лобных и теменных сетях. [3] Покоящееся колебание подавляется во время наблюдения за сенсорной информацией, такой как звуки или образы, обычно в лобно-теменной (моторной) области коры. [3] Мю-волна обнаруживается в младенчестве уже в возрасте от четырех до шести месяцев, когда пиковая частота, которой достигает волна, может быть всего лишь 5,4 Гц . [5] [14] Наблюдается быстрое увеличение пиковой частоты в первый год жизни, [14] и к двум годам частота обычно достигает 7,5 Гц. [11] Пиковая частота мю-волн увеличивается с возрастом до созревания во взрослом возрасте, когда она достигает своей окончательной и стабильной частоты 8–13 Гц. [5] [11] [14] Эти изменяющиеся частоты измеряются как активность вокруг центральной борозды в роландической коре. [3]
Считается, что мю-волны указывают на развивающуюся способность младенца к подражанию . Это важно, поскольку способность к подражанию играет жизненно важную роль в развитии двигательных навыков , использовании инструментов и понимании причинно-следственной информации через социальное взаимодействие. [11] Подражание является неотъемлемой частью развития социальных навыков и понимания невербальных сигналов. [5] Причинно-следственные связи могут быть установлены посредством социального обучения без необходимости личного опыта. При выполнении действия мю-волны присутствуют как у младенцев, так и у взрослых до и после выполнения двигательной задачи и сопровождающей ее десинхронизации. Однако при выполнении целенаправленного действия младенцы демонстрируют более высокую степень десинхронизации, чем взрослые. Так же, как и при выполнении действия, во время наблюдения за действием мю-волны младенцев не только показывают десинхронизацию, но и показывают десинхронизацию в большей степени, чем та, которая наблюдается у взрослых. [5] Эта тенденция к изменению степени десинхронизации, а не фактические изменения частоты, становится мерой развития мю-волн на протяжении всей взрослой жизни, хотя большинство изменений происходит в течение первого года жизни. [14] Понимание механизмов, которые являются общими для восприятия и выполнения действия в самые ранние годы жизни, имеет значение для развития языка . Обучение и понимание посредством социального взаимодействия происходит путем имитации движений, а также гласных звуков. Разделение опыта внимания к объекту или событию с другим человеком может быть мощной силой в развитии языка. [15]
Аутизм — это расстройство, связанное с социальными и коммуникативными дефицитами. Единая причина аутизма не была выявлена, но система мю-волн и зеркальных нейронов изучалась специально на предмет их роли в расстройстве. У типично развивающегося человека система зеркальных нейронов реагирует, когда он либо наблюдает за тем, как кто-то выполняет задачу, либо выполняет ее сам. У людей с аутизмом зеркальные нейроны активизируются (и, следовательно, мю-волны подавляются) только тогда, когда человек выполняет задачу сам. [6] [16] Это открытие привело некоторых ученых, в частности В. С. Рамачандрана и коллег, к рассмотрению аутизма как нарушенного понимания намерений и целей других людей из-за проблем с системой зеркальных нейронов. [7] Этот дефицит мог бы объяснить трудности, с которыми сталкиваются люди с аутизмом в общении и понимании других. Хотя большинство исследований системы зеркальных нейронов и мю-волн у людей с аутизмом были сосредоточены на простых двигательных задачах, некоторые ученые предполагают, что эти тесты можно расширить, чтобы показать, что проблемы с системой зеркальных нейронов лежат в основе всеобъемлющих когнитивных и социальных дефицитов. [2] [6]
Величины активации фМРТ в нижней лобной извилине увеличиваются с возрастом у людей с аутизмом, но не у типично развивающихся людей. Кроме того, большая активация была связана с большим количеством зрительного контакта и лучшим социальным функционированием . [17] Ученые полагают, что нижняя лобная извилина является одним из основных нейронных коррелятов с системой зеркальных нейронов у людей и часто связана с дефицитами, связанными с аутизмом. [12] Эти результаты свидетельствуют о том, что система зеркальных нейронов может быть не нефункциональной у людей с аутизмом, а просто ненормальной в своем развитии. Эта информация важна для настоящего обсуждения, поскольку мю-волны могут интегрировать различные области активности зеркальных нейронов в мозге. [3] Другие исследования оценивали попытки сознательно стимулировать систему зеркальных нейронов и подавлять мю-волны с помощью нейрофидбэка (тип биологической обратной связи, осуществляемой через компьютеры, которые анализируют записи мозговой активности в реальном времени, в данном случае ЭЭГ мю-волн). Этот тип терапии все еще находится на ранних стадиях внедрения для людей с аутизмом и имеет противоречивые прогнозы относительно успеха. [18] [19]
Интерфейсы мозг-компьютер (BCI) — это развивающаяся технология, которая, как надеются врачи, однажды принесет больше независимости и полномочий людям с тяжелыми физическими недостатками. Эта технология может помочь включить людей с почти полным или полным параличом, например, с тетраплегией (квадриплегией) или прогрессирующим боковым амиотрофическим склерозом (БАС); BCI предназначены для того, чтобы помочь им общаться или даже перемещать предметы, такие как моторизованные инвалидные коляски, нейропротезы или роботизированные инструменты для захвата. [8] [20] Немногие из этих технологий в настоящее время регулярно используются людьми с ограниченными возможностями, но разнообразные наборы находятся в разработке на экспериментальном уровне. [8] [21] [22] Один из типов BCI использует десинхронизацию, связанную с событиями (ERD) мю-волны для управления компьютером. [8] Этот метод мониторинга активности мозга использует тот факт, что когда группа нейронов находится в состоянии покоя, они имеют тенденцию активироваться синхронно друг с другом. Когда участник получает сигнал представить движение («событие»), результирующая десинхронизация (группа нейронов, которая активировалась синхронными волнами, теперь активируется сложными и индивидуальными паттернами) может быть надежно обнаружена и проанализирована компьютером. Пользователи такого интерфейса обучаются визуализировать движения, как правило, стопы, руки и/или языка, которые находятся в разных местах на кортикальном гомункулюсе и , таким образом, различаются с помощью электроэнцефалографа (ЭЭГ) или электрокортикографа (ЭКоГ), регистрирующего электрическую активность над моторной корой . [8] [21] В этом методе компьютеры отслеживают типичный паттерн мю-волны ERD, контралатеральный визуализированному движению, в сочетании с синхронизацией, связанной с событием (ERS) в окружающей ткани. [21] Этот парный паттерн усиливается с обучением, [8] [21] [22] [23] и обучение все чаще принимает форму игр, некоторые из которых используют виртуальную реальность . [8] [21] [23] Некоторые исследователи обнаружили, что обратная связь от игр виртуальной реальности особенно эффективна в предоставлении пользователю инструментов для улучшения контроля его или ее паттернов мю-волн. [8] [23] Метод ERD можно комбинировать с одним или несколькими другими методами мониторинга электрической активности мозга для создания гибридных BCI, которые часто предлагают большую гибкость, чем BCI, использующий какой-либо один метод мониторинга. [8] [21]
Мю-волны изучаются с 1930-х годов и называются ритмом калитки, потому что округлые волны ЭЭГ напоминают калитки для крокета . В 1950 году Анри Гасто и его коллеги сообщили о десинхронизации этих волн не только во время активных движений своих испытуемых, но и во время наблюдения за действиями, выполняемыми кем-то другим. [24] [25] Эти результаты были позже подтверждены дополнительными исследовательскими группами, [26] [27] [28] [29] включая исследование с использованием субдуральных электродных сеток у пациентов с эпилепсией . [30] Последнее исследование показало подавление мю, когда пациенты наблюдали движущиеся части тела в соматических областях коры, которые соответствовали части тела, двигаемой актером. Дальнейшие исследования показали, что мю-волны также могут быть десинхронизированы при воображении действий [31] [32] и при пассивном наблюдении за точечным биологическим движением . [33]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )