神经雪崩的分析揭示了空间时间路线图更高的认知功能
依兰大学博士生提出首次定量模型的电级联触发在知觉任务——人类的大脑
“雪崩”这个词通常是与暴力和落石等意外事件,或不稳定的雪飘的突然崩溃。但在大脑研究,avalanches-intermittent瀑布的电活动是日常生活不仅是和平的,但实际上反映了稳定。
有史以来第一次在研究人类大脑对外界刺激做出反应,巴伊兰大学博士生从最近完成了一项定量分析的神经雪崩产生的两个基本电化学平衡力量介导的神经网路,水平力激发通过大脑电活动的传播,并抑制的力量。
用一种非侵入性技术,脑磁图描记术(MEG), Oshrit Arviv电磁活动的模式相比,发生在大脑休息,和这些模式所产生的特定的认知过程。先前的理论和实验工作的基础上对大脑“临界”——国家之间大脑活动在衰减和放大的电信号通过维护excitation-inhibition平衡新研究首次证明可以由高级认知神经雪崩。Arviv的小说计算方法还透露,神经雪崩大小和持续时间捕获特定的个体大脑动力学的特点,展示了一种分析的生物识别技术,MEG-generated数据链接到特定的个人。
在一个单独的发现,这项研究表明stimulus-evoked avalanches-the神经模式诱发各种科目时执行一个特定知觉工作任务的高度相似的时间和空间分布。这种方法链接特定认知任务对底层神经网络动力学,代表了一种全新的方式来观察人类大脑在工作。
这些发现发表在了神经科学杂志》上。这篇文章与Arviv博士研究的联合主管:奥伦Shriki博士的计算在以色列内盖夫的本-古里安大学精神病学实验室,和Avi教授戈尔茨坦巴伊兰大学的心理学和主管电磁大学脑成像单元的Gonda大脑(Goldschmied)多学科研究中心。
临界:大脑功能的最佳状态
“数十亿神经细胞的影响我们的大脑反对基于网络的力量,它可以促进神经到神经沟通,或抑制它,“Arviv说。”这两个功能是表达之间的动态平衡,在一定程度上,通过雪崩,自然产生的现象,重新设定电活动,反映大脑的稳定。介于两者之间的空间太多,太少的神经活动是临界:大脑功能的状态是最有效的。”
根据Arviv,临界状态的一个同步组神经元激活,平均而言,只有一个同步集团限制,优化电化学活动作为“燃料”大脑功能。“科学家们一直认为,临界状态优化大脑代表信息的能力,”她说。“我们是第一个实验研究量化关键分支过程的时空组织产生神经雪崩,并比较这个组织,因为它发生在stimulus-evoked认知,在静息状态。”
表面处理:视觉关键解锁Excitation-Inhibition秘密
Arviv试验装置的使用面临一个模型系统的视觉任务的处理。受试者出现45随机大多男性面孔的照片,并要求按下一个按钮当女性的脸出现在屏幕上。执行任务时,受试者的大脑活动被记录满头磁力仪阵列,梅格头盔。
“梅格技术基于电磁场直读它允许测量大脑活动在发音的基础上,也可以显示在大脑产生此类活动,“Arviv解释说,并补充说这种能力同时收集优秀的时态数据的结合,加上良好的空间数据,给梅格明显优于其他方法。“我们观察到的兴奋和抑制的相反的力量波动出现在回应一个特定认知behavior-processing引发了雪崩的脸孔。我们不仅能够准确地绘制这些雪崩发生在大脑中,我们也可以按照雪崩传播。从来没有人能够确定时刻excitation-inhibition平衡变化,当然高认知。在这里,我们实现了高分辨率,时空的大脑在工作。”
“生物识别技术”的雪崩分析
相比,在相同的另一个方面研究中,Arviv雪崩过程中产生表面处理任务的雪崩产生当大脑处于休息状态,而且广泛的研究了奥伦博士Shriki国立精神卫生研究所,马里兰州贝塞斯达。在目前的研究中,Arviv stimulus-evoked之间发现了一个有趣的相似性和静止状态雪崩发生在个别科目——表明每个人脑可能具有“指纹”,或独特的雪崩动力学模式。
为个人话题,“我们的研究表明,大脑皮层的活动,在静止状态,而在stimulus-evoked活动,共享类似的雪崩特性的大小和分布,以及时间动态,”她说。“这意味着你可以识别单个数学,通过大脑动力学代表神经雪崩的进展。这是有趣的基本神经科学,但也指向的可能性,在未来的某个时候,医生可以确定典型excitation-inhibition动力学的变化,并使用它来诊断神经系统异常或疾病发作。”
映射人类思想的形状
根据Arviv,雪崩计算分析是一个新的和复杂的方式描述高级认知发生在人类的大脑。
“有很多脑电图和功能磁共振成像研究,间接给会计的神经活动,并定位到特定的大脑区域。但利用梅格技术,通过关注excitation-inhibition动力学,我们的分析揭示新的信息关于人类大脑如何保持它的电化学稳定性,和过程的知觉刺激,“Arviv补充说,在目前的研究中,她将雪崩分析应用于癫痫的研究。“这种方法可能阐明机制在维护健康的大脑神经临界平衡,有助于解释如何影响认知功能在健康和病态人群。”
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出版
Arviv O,戈尔茨坦,Shriki Oet al。均分动态Stimulus-Evoked人类大脑的活动及其与自发的静息状态的关系的活动。神经科学杂志》上,2015年10月14日发表。doi: 10.1523 / jneurosci.0477 - 15.2015
