stringtranslate.com

Альфа-волна

Альфа-волны

Альфа-волны , или альфа-ритм , представляют собой нейронные колебания в диапазоне частот 8–12 Гц [1], вероятно, происходящие от синхронной и когерентной ( в фазе или конструктивной) электрической активности клеток-пейсмейкеров таламуса у людей. Исторически их также называют «волнами Бергера» в честь Ганса Бергера , который впервые описал их, когда изобрел ЭЭГ в 1924 году. [2]

Альфа-волны являются одним из типов мозговых волн, обнаруживаемых электрофизиологическими и тесно связанными методами, такими как электроэнцефалография (ЭЭГ) или магнитоэнцефалография (МЭГ), и могут быть количественно оценены с помощью количественной электроэнцефалографии (кЭЭГ). Они могут быть преимущественно зарегистрированы из затылочных долей во время бодрствования и релаксации с закрытыми глазами и были самым ранним мозговым ритмом, зарегистрированным у людей. [3] Альфа-волны уменьшаются с открытыми глазами и во время сна, в то время как они усиливаются во время сонливости. Затылочные альфа-волны в периоды закрытых глаз являются самыми сильными сигналами ЭЭГ мозга. [4]

Исторически считалось, что альфа-волны представляют активность зрительной коры в состоянии покоя. Совсем недавно исследования показали, что они подавляют неиспользуемые области коры или, в качестве альтернативы, играют активную роль в координации и коммуникации сетей. [5] Являются ли они подавляющими или играют активную роль в связях внимания, зависит от направления их распространения: волны сверху вниз, направленные назад, являются подавляющими, а волны спереди снизу вверх — способствуют процессам зрительного внимания. [6]

Альфа-подобный вариант, называемый мю-волнами, можно обнаружить в первичной двигательной коре . [ необходима ссылка ]

Исследовать

Происхождение

Генераторы альфа-ритма человека находятся в подушке и латеральном коленчатом ядре (ЛКЯ), а также в зрительной коре. [7]

Несколько анализов показывают, что кортикальная альфа приводит к подушке (таламической) альфа, усложняя преобладающие теории таламического водителя ритма. Халгрен, М. и др. обнаружили, что альфа действует в нервной системе, распространяясь от коры к таламусу и от коры более высокого порядка к коре более низкого порядка. [8] Экспериментальные и вычислительные модели, исследованные Траубом Р. Д. и др., предположили кортикальный - пластинчатый - и главный подтип нейронов, специфичный для подтипа зрительного альфа-ритма. [9] [10]

Разработка

На основе обследования пациентов с врожденными дефектами зрения было установлено, что для развития правильного паттерна активности ЭЭГ необходимо наличие эффективного и полного зрительного пути. [11] Эта волна начинает появляться примерно в четыре месяца и изначально имеет частоту 4 волны в секунду. Зрелая альфа-волна с частотой 10 волн в секунду прочно устанавливается к 3 годам. Другие исследования обнаруживают увеличение альфа-частоты примерно с 9 Гц в возрасте пяти лет до примерно 12 Гц у 21-летних. Этот сдвиг был связан с изменениями в оптическом излучении и коррелирует с улучшением зрительного восприятия. [7]

Сон и возможные типы

Некоторые исследователи полагают, что существует по крайней мере две формы альфа-волн, которые могут иметь разные функции в цикле бодрствования и сна.

Альфа-волны присутствуют на разных стадиях цикла бодрствования-сна. [12] Наиболее широко исследованы во время расслабленного психического состояния, когда субъект находится в состоянии покоя с закрытыми глазами, но не устал и не спит. Эта альфа-активность сосредоточена в затылочной доле , [13] [14] хотя есть предположения, что она имеет таламическое происхождение. [15]

Второе появление альфа-волновой активности происходит во время быстрого сна . В отличие от бодрствующей формы альфа-активности, эта форма расположена в лобно-центральной области мозга. Цель альфа-активности во время быстрого сна еще не полностью понята. В настоящее время существуют аргументы в пользу того, что альфа-паттерны являются нормальной частью быстрого сна, и в пользу того, что это указывает на период полувозбуждения. Было высказано предположение, что эта альфа-активность обратно пропорциональна давлению быстрого сна. [ необходима цитата ]

Долгое время считалось, что альфа-волны указывают на период бодрствования во время сна. [ необходима цитата ] Это было связано с исследованиями, в которых субъекты сообщали о невосстанавливающем сне и имели записи ЭЭГ, сообщающие о высоком уровне альфа-вторжения во время сна. Это явление известно как вторжение альфа-волн. [16] Однако возможно, что эти объяснения могут быть обманчивыми, поскольку они сосредоточены только на альфа-волнах, генерируемых затылочной долей. [ необходима цитата ]

Медитация

Было показано, что медитация осознанности увеличивает мощность альфа-волн как у здоровых людей, так и у пациентов. [17] Практикующие Трансцендентальную Медитацию продемонстрировали снижение частоты альфа-волн на один Герц по сравнению с контрольной группой. [18]

Вторжение альфа-волн

Вторжение альфа-волн происходит, когда альфа-волны появляются в фазе сна без быстрого сна, когда ожидается дельта-активность. Предполагается, что это связано с фибромиалгией с повышенной фазовой альфа-активностью сна, коррелирующей с клиническими проявлениями фибромиалгии, такими как более длительная продолжительность боли. [19]

Несмотря на это, вторжение альфа-волн не было существенно связано с каким-либо серьезным расстройством сна , включая синдром хронической усталости и тяжелую депрессию . Тем не менее, это распространено среди пациентов с хронической усталостью и может усиливать эффекты других расстройств сна. [20]

Ошибочное предсказание

Следуя этой линии мышления о потере внимания, недавнее исследование показывает, что альфа-волны могут использоваться для прогнозирования ошибок. В нем МЭГ измеряли увеличение альфа-волновой активности мозга до 25% до того, как происходили ошибки. Это исследование использовало здравый смысл: альфа-волны указывают на безделье, и ошибки часто совершаются, когда человек делает что-то автоматически или «на автопилоте», и не обращает внимания на задачу, которую он выполняет. После того, как ошибка была замечена субъектом, наблюдалось снижение альфа-волн, поскольку субъект начал уделять больше внимания. Это исследование надеется способствовать использованию беспроводной технологии ЭЭГ для сотрудников в областях с высоким риском, таких как управление воздушным движением, для мониторинга альфа-волновой активности и оценки уровня внимания сотрудника. [21]

Обработка зрительной информации в памяти

Исследование показало, что появление альфа-ритма при открытых глазах может быть предиктором обработки зрительной информации в рабочей памяти. [22] Было показано, что момент появления альфа-активности зависит от типа стимула в памяти и количества зрительных характеристик (цвет, форма и т. д.), которые ему необходимо сохранить в памяти. Авторы предполагают, что появление альфа-ритма при открытых глазах может указывать на временное отключение обработки зрительной информации в первичной зрительной коре в моменты, когда испытуемый анализирует изображение в зрительной памяти. В эти моменты информация обрабатывается в ассоциативных областях зрительной коры (области hV4, V3v, VO1, VO2). [23]

Визуальное обучение

Одно исследование предполагает, что «парадигма визуального мерцания, позволяющая настроить людей на собственный ритм их мозга (т. е. пиковую альфа-частоту)» может привести к значительно более быстрому зрительному перцептивному обучению , сохраняющемуся на следующий день после обучения.

В частности, вовлечение существенно ускорило обучение в задаче на различение, чтобы обнаружить цели, встроенные в фоновые помехи, или идентифицировать радиальные и концентрические узоры Glass, встроенные в шум, по сравнению с вовлечением, которое не соответствует альфа-частоте человека. [24] [ необходимы дополнительные ссылки ]

Измерение

артефакты ЭЭГ

Как показал доктор Адриан Р. М. Аптон, внешние источники (флуктуации окружающей среды, обнаруженные с помощью кучи желе в экспериментах Аптона) могут вызывать появление сигналов на показаниях ЭЭГ, что приводит к интерпретации ложных сигналов как здоровых альфа-волн. Это открытие предполагает, что неплоская ЭЭГ может привести к интерпретации, что пациент все еще жив, когда на самом деле он или она давно умерли. [25]

Сесил Адамс из The Straight Dope обсуждает этот сценарий:

Иногда утверждается, что мозговые волны Jell-O идентичны волнам здорового взрослого человека. Это, конечно, преувеличение, но показания ЭЭГ Jell-O действительно выглядят довольно похожими на нормальный человеческий альфа-ритм. Альфа-волны наблюдаются, когда пациент бодрствует и отдыхает с закрытыми глазами, а также в некоторых видах сна и обратимой комы. Правда, волны Jell-O немного медленнее и имеют гораздо меньшую амплитуду, едва в пределах нормальных человеческих пределов, но это само по себе не говорит вам многого. Гипоксия, энцефалит и другие медицинские состояния могут вызывать снижение частоты и амплитуды, как и употребление наркотиков. [26]

История

Образец ЭЭГ человека с выраженным альфа-ритмом в затылочных отведениях
Образец ЭЭГ человека с выраженным альфа-ритмом в затылочных отведениях

Альфа-волны были обнаружены немецким неврологом Гансом Бергером , изобретателем самой ЭЭГ. Альфа-волны были среди первых волн, задокументированных Бергером, наряду с бета-волнами , и он проявил интерес к «альфа-блокаде», процессу, при котором альфа-волны уменьшаются, а бета-волны увеличиваются, когда субъект открывает глаза. Это различие принесло альфа-волне альтернативное название «волны Бергера». [ необходима цитата ]

Бергер взял пример с украинского физиолога Владимира Правдича-Неминского , который использовал струнный гальванометр для создания фотографии электрической активности мозга собаки. Используя похожие методы, Бергер подтвердил существование электрической активности в мозге человека. Сначала он сделал это, предъявляя стимул пациентам больницы с повреждением черепа и измеряя электрическую активность в их мозге. Позже он прекратил метод стимулирования и начал измерять естественные ритмические электрические циклы в мозге. Первый естественный ритм, который он задокументировал, был тем, что стало известно как альфа-волна. Бергер был очень тщательным и скрупулезным в сборе данных, но, несмотря на свой блеск, он не чувствовал себя достаточно уверенно, чтобы публиковать свои открытия, пока не прошло по крайней мере пять лет после того, как он их сделал. В 1929 году он опубликовал свои первые результаты по альфа-волнам в журнале Archiv für Psychiatrie . Первоначально его встретили с насмешками за его технику ЭЭГ и его последующие открытия альфа- и бета-волн. Его методика и открытия не получили широкого признания в психологическом сообществе до 1937 года, пока он не получил одобрение известного физиолога лорда Адриана , который проявлял особый интерес к альфа-волнам. [27]

Альфа-волны снова получили признание в начале 1960-х и 1970-х годов с созданием теории биологической обратной связи, касающейся мозговых волн (см. ниже). Такая биологическая обратная связь, называемая разновидностью нейробиоуправления , касающаяся альфа-волн, представляет собой сознательное вызывание альфа-волн мозгом субъекта. Два исследователя в Соединенных Штатах исследовали эту концепцию с помощью не связанных между собой экспериментов. Джо Камия из Чикагского университета обнаружил, что некоторые люди обладают сознательной способностью распознавать, когда они создают альфа-волны, и могут увеличивать свою альфа-активность. Эти люди были мотивированы с помощью системы вознаграждений от Камия. Вторым основоположником биологической обратной связи является Барри Стерман из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Он работал с мониторингом мозговых волн у кошек и обнаружил, что, когда кошек обучали воздерживаться от двигательных движений, они высвобождали SMR, или мю-волны , волну, похожую на альфа-волны. Используя систему вознаграждений, он дополнительно обучал этих кошек легче входить в это состояние. Позже к нему обратились ВВС США с просьбой проверить воздействие реактивного топлива, которое, как известно, вызывает судороги у людей. Стерман проверил воздействие этого топлива на ранее обученных кошках и обнаружил, что они имели более высокую устойчивость к судорогам, чем необученные кошки. [ необходима цитата ]

Биологическая обратная связь с использованием альфа-волн привлекла внимание общественности, поскольку добилась определенных успехов в подавлении приступов у людей и лечении депрессии. [28]

Альфа-волны снова вызвали интерес в связи с инженерным подходом к научно-фантастическому вызову психокинеза, т.е. управлению движением физического объекта с использованием энергии, исходящей от человеческого мозга. В 1988 году альфа-ритм ЭЭГ использовался в эксперименте по интерфейсу мозг-компьютер для управления движением физического объекта, робота. [29] [30] Это был первый эксперимент, демонстрирующий управление физическим объектом, роботом, с использованием ЭЭГ. [31] [32] >

Смотрите также

Мозговые волны

Ссылки

  1. ^ Foster JJ, Sutterer DW, Serences JT, Vogel EK, Awh E (июль 2017 г.). «Осцилляции альфа-диапазона обеспечивают пространственно и временно разрешенное отслеживание скрытого пространственного внимания». Psychological Science . 28 (7): 929–941. doi :10.1177/0956797617699167. PMC  5675530 . PMID  28537480.
  2. ^ İnce R, Adanır SS, Sevmez F (сентябрь 2021 г.). «Изобретатель электроэнцефалографии (ЭЭГ): Ганс Бергер (1873-1941)». Нервная система ребенка . 37 (9): 2723–2724. doi : 10.1007/s00381-020-04564-z . PMID  32140776.
  3. ^ Бергер Х (1 декабря 1929). «Über das Elektrenkephalogramm des Menschen». Archiv für Psychiatrie und Nervenkrankheiten (на немецком языке). 87 (1): 527–570. дои : 10.1007/BF01797193. hdl : 11858/00-001M-0000-002A-5DE0-7 . ISSN  1433-8491. S2CID  10835361.
  4. ^ Дженсен О, Мазахери А (2010). «Формирование функциональной архитектуры с помощью осцилляторной альфа-активности: гейтирование с помощью ингибирования». Frontiers in Human Neuroscience . 4 (186): 186. doi : 10.3389/fnhum.2010.00186 . PMC 2990626. PMID  21119777 . 
  5. ^ Palva S, Palva JM (апрель 2007 г.). «Новые перспективы для колебаний в диапазоне альфа-частот». Trends in Neurosciences . 30 (4): 150–158. doi :10.1016/j.tins.2007.02.001. PMID  17307258. S2CID  9156592.
  6. ^ Alamia A, Terral L, D'ambra MR, VanRullen R (март 2023 г.). «Различные роли волн альфа-диапазона вперед и назад в пространственном зрительном внимании». eLife . 12 . doi : 10.7554/elife.85035 . PMC 10059684 . PMID  36876909. 
  7. ^ ab Caffarra S, Kanopka K, Kruper J, Richie-Halford A, Roy E, Rokem A, Yeatman JD (2023). «Развитие альфа-ритма связано с визуальными путями белого вещества и эффективностью визуального обнаружения». The Journal of Neuroscience . 44 (6): e0684232023. doi : 10.1523/jneurosci.0684-23.2023 . ISSN  0270-6474. PMC 11059423 . 
  8. ^ Halgren M, Ulbert I, Bastuji H, Fabó D, Erőss L, Rey M и др. (Ноябрь 2019 г.). «Генерация и распространение альфа-ритма человека». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 116 (47): 23772–23782. Bibcode : 2019PNAS..11623772H. doi : 10.1073/pnas.1913092116 . PMC 6876194. PMID  31685634 . 
  9. ^ Traub RD, Hawkins K, Adams NE, Hall SP, Simon A, Whittington MA (май 2020 г.). «Взрыв дендритов пирамидальных нейронов слоя 4 лежит в основе постстимульного зрительного коркового альфа-ритма». Communications Biology . 3 (1): 230. doi :10.1038/s42003-020-0947-8. PMC 7214406 . PMID  32393746. 
  10. ^ Нидермейер Э. (июнь 1997 г.). «Альфа-ритмы как физиологические и аномальные явления». Международный журнал психофизиологии . 26 (1–3): 31–49. doi : 10.1016/s0167-8760(97)00754-x . PMID  9202993.
  11. ^ Derkowski W, Kędzia A, Derkowska J (2007). «Происхождение альфа-ритма на основе компьютерного анализа активности ЭЭГ у пациентов с врожденными дефектами зрения». The Computer-aided Scientific Research . Wrocław Scientific Society: 313–318. doi :10.5281/ZENODO.10624700. ISBN 978-83-7374-050-1.
  12. ^ Brancaccio A, Tabarelli D, Bigica M, Baldauf D (апрель 2020 г.). "Локализация коркового источника специфической колебательной активности стадии сна". Scientific Reports . 10 (1): 6976. Bibcode :2020NatSR..10.6976B. doi :10.1038/s41598-020-63933-5. PMC 7181624 . PMID  32332806. 
  13. ^ Bagherzadeh Y, Baldauf D, Pantazis D, Desimone R (февраль 2020 г.). «Альфа-синхрония и нейробиоуправление пространственным вниманием». Neuron . 105 (3): 577–587.e5. doi : 10.1016/j.neuron.2019.11.001 . hdl : 11572/252726 . PMID  31812515. S2CID  208614924.
  14. ^ de Vries IE, Marinato G, Baldauf D (октябрь 2021 г.). «Декодирование объектно-ориентированного слухового внимания из реконструированных по источнику альфа-осцилляции MEG». Журнал нейронауки . 41 (41): 8603–8617. doi : 10.1523 /JNEUROSCI.0583-21.2021. PMC 8513695. PMID  34429378. 
  15. ^ Домино ЭФ, Ни Л, Томпсон М, Чжан Х, Шиката Х, Фукай Х и др. (декабрь 2009 г.). «Курение табака приводит к широко распространенному увеличению частоты доминирующих мозговых волн альфа». Международный журнал психофизиологии . 74 (3): 192–198. doi :10.1016/j.ijpsycho.2009.08.011. PMC 2788071. PMID  19765621 . 
  16. ^ Bonnet M, Carley D, Carskadon M, Easton P, Guilleminault C, Harper R и др. (The Task Force Allas) (1992). «Отчет ASDA о пробуждениях ЭЭГ: правила оценки и примеры». Sleep . 15 (2): 173–184. doi : 10.1093/sleep/15.2.173 .
  17. ^ Lomas T, Ivtzan I, Fu CH (октябрь 2015 г.). «Систематический обзор нейрофизиологии осознанности на основе колебаний ЭЭГ» (PDF) . Neuroscience and Biobehavioral Reviews . 57 : 401–410. doi :10.1016/j.neubiorev.2015.09.018. PMID  26441373. S2CID  7276590.
  18. ^ Cahn BR, Polich J (март 2006). «Состояния и черты медитации: ЭЭГ, ЭРП и нейровизуализационные исследования». Psychological Bulletin . 132 (2): 180–211. doi :10.1037/0033-2909.132.2.180. PMID  16536641. S2CID  2151810.
  19. ^ Ройзенблатт С., Молдофски Х., Бенедито-Силва А.А., Туфик С. (январь 2001 г.). «Характеристики альфа-сна при фибромиалгии». Артрит и ревматизм . 44 (1): 222–230. doi :10.1002/1529-0131(200101)44:1<222::AID-ANR29>3.0.CO;2-K. PMID  11212164.
  20. ^ Manu P, Lane TJ, Matthews DA, Castriotta RJ, Watson RK, Abeles M (апрель 1994 г.). «Альфа-дельта-сон у пациентов с основной жалобой на хроническую усталость». Southern Medical Journal . 87 (4): 465–470. doi :10.1097/00007611-199404000-00008. PMID  8153772. S2CID  21961157.
  21. ^ "Мозговые волновые паттерны могут предсказывать ошибки, согласно новому исследованию". Новости и информация Калифорнийского университета в Дэвисе . Калифорнийский университет, кампус Дэвиса. 23 марта 2009 г.
  22. ^ "43-я Европейская конференция по визуальному восприятию (ECVP) 2021 Онлайн". Восприятие . 50 (1_suppl). Sage: 1–244. Декабрь 2021. doi :10.1177/03010066211059887. hdl : 11368/3007892 . PMID  34989647. S2CID  245771701.
  23. ^ Козловский С, Рогачев А (2021). «Как взаимодействуют области вентрального зрительного потока, когда мы запоминаем информацию о цвете и форме». Достижения в области когнитивных исследований, искусственного интеллекта и нейроинформатики . Достижения в области интеллектуальных систем и вычислений. Т. 1358. Springer. С. 95–100. doi :10.1007/978-3-030-71637-0_10. ISBN 978-3-030-71636-3. ISSN  2194-5357. S2CID  234902744.
  24. ^ Майкл Э., Коваррубиас Л.С., Леонг В., Куртзи З. (апрель 2023 г.). «Обучение в ритме вашего мозга: индивидуализированное увлечение стимулирует обучение для перцептивных решений». Кора головного мозга . 33 (9): 5382–5394. doi : 10.1093 /cercor/bhac426 . PMC 10152088. PMID  36352510. 
    • Новостная статья об исследовании: «Праймер частоты мозга ускоряет обучение и запоминание». New Atlas . 1 февраля 2023 г. Архивировано из оригинала 15 февраля 2023 г. Получено 15 февраля 2023 г.
  25. ↑ Rensberger B (6 марта 1976 г.). «Тест желе обнаружил реалистичный сигнал». The New York Times .
  26. ^ Адамс С. (11 июня 2010 г.). «Можно ли обнаружить мозговые волны в лаймовом желе?». straightdope.com . Получено 7 апреля 2018 г.
  27. ^ Карбовски К (август 2002 г.). «Ганс Бергер (1873-1941)». Журнал неврологии . 249 (8): 1130–1131. doi :10.1007/s00415-002-0872-4. PMID  12420722. S2CID  32730261.
  28. ^ Крафт У. (2006). «Тренируйте свой мозг — упражнения для ума с нейробиоуправлением могут облегчить симптомы синдрома дефицита внимания, эпилепсии и депрессии и даже повысить познавательные способности здорового мозга». Scientific American .
  29. ^ Бозиновски С., Шестаков М., Бозиновска Л. (1988). «Использование альфа-ритма ЭЭГ для управления мобильным роботом». В Harris G, Walker C (ред.). Труды Ежегодной международной конференции IEEE Engineering in Medicine and Biology Society . Новый Орлеан: IEEE. стр. 1515–1516. doi :10.1109/IEMBS.1988.95357. ISBN 0-7803-0785-2. S2CID  62179588.
  30. ^ Бозиновски С. (1990). Кайнак О. (ред.). Управление траекторией мобильного робота: от фиксированных рельсов до прямого биоэлектрического управления . Труды семинара IEEE по интеллектуальному управлению движением. Стамбул. С. 63–67. doi :10.1109/IMC.1990.687362.
  31. ^ Лебедев М (2016). «Усиление сенсомоторных функций с помощью нейронных протезов» (PDF) . Opera Medica и Physiologica . 2 (3): 211–227.
  32. ^ Лебедев МА, Николелис МА (апрель 2017). «Интерфейсы мозг-машина: от фундаментальной науки до нейропротезов и нейрореабилитации». Physiological Reviews . 97 (2): 767–837. doi :10.1152/physrev.00027.2016. PMID  28275048.

Дальнейшее чтение