波在人脑中移动以支持记忆

广泛的大脑网络中神经活动的协调对人类认知至关重要。长期以来，研究人员一直认为，通常用于研究目的、脑机接口和临床测试的大脑振荡是在不同大脑区域独立发生的静止信号。哥伦比亚工程学院(Columbia Engineering)的生物医学工程师发现了大脑振荡的一个新的基本特征:它们实际上在大脑中有节奏地移动，反映了神经元活动的模式，并在皮层中传播。这项研究今天发表在神经元．

“我们还发现这些旅行波生物医学工程助理教授、该论文的资深作者约书亚·雅各布斯(Joshua Jacobs)说。“这表明行波对记忆和认知很重要——我们的研究结果表明，这些振荡是人类大规模协调的重要机制大脑．"

雅各布斯的团队研究了77名癫痫患者的直接大脑记录，他们在大脑的广泛区域放置了电极，以绘制癫痫发作的地图。在雅各布斯的研究中，患者被要求执行一项记忆任务。在检查这些患者的大脑记录时，研究人员发现，个别患者的“θ”和“α”振荡的大脑区域在2到15赫兹之间的特定频率上存在，这与认知有关。这些振荡表明，该区域的神经元有节奏地激活以支持认知，但这些振荡所起的具体作用尚不清楚。

该小组使用了两种新颖的方法来分析数据。首先，他们从多个电极同时测量单个振荡，而不是使用更常见的方法，从单个位置分别测量每个脑电波。其次，他们开发了一种新的分析框架，使他们能够测量每个行波的瞬时运动。使用这种方法，他们发现振荡实际上是以0.25-0.75米/秒的速度穿过皮层的行波。

“行波在行为上是相关的，因为它们的传播与任务事件相关，当受试者表现良好时，它们的传播更加一致，”雅各布斯实验室的博士后、论文的主要作者张洪辉说。

该研究结果表明，大脑利用神经元振荡在不同区域传播信息，并且，通过跨空间和时间组织神经过程，行波在支持大脑连接方面发挥着重要作用。

“我们的研究表明，当研究人员记录大脑时振荡，神经活动正在通过大脑进行交流，”雅各布斯说。“因此，除了为有关连通性和记忆的基础大脑研究开辟新方向外，我们的工作还表明，临床医生可以通过测量行波的模式来表征一个人的大脑连通性。行波就像海浪一样，在大脑皮层表面移动，也可能提供一种新型信号，可用于脑机接口。”

美国国立卫生研究院功能和恢复性神经外科部门的研究员Kareem Zaghloul说:“Jacobs实验室最近的这项工作令人难以置信地兴奋。”“对行波的研究为大脑研究开辟了新的方向，因为它现在不仅允许我们考虑大脑所代表的东西，还允许我们考虑信息是如何在大脑中移动的。”

雅各布斯目前正在探索行波如何与其他行为相关，包括空间导航和长期记忆。他的团队也正在开发新的方法来测试其他类型的大脑振荡，比如那些频率更快的振荡，是否也表现为行波。

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