Zelfs eenvoudige bewegingen creëren rimpelingen in de hersenen

overzicht: Een nieuwe studie meldt dat een simpele beweging, zoals het indrukken van een knop, golven van activiteit door neuronen kan sturen die de hele hersenen bedekken.

Bron: Universiteit van Oregon

Nieuw onderzoek van de Universiteit van Oregon toont aan dat zelfs een simpele beweging, zoals het indrukken van een knop, golven van activiteit stuurt door netwerken van neuronen die zich uitstrekken over de hersenen.

De ontdekking benadrukt de complexiteit van het menselijk brein en daagt het simplistische beeld van het leerboek uit van verschillende hersengebieden die aan specifieke functies zijn toegewezen.

“Het is heel goed bekend dat de primaire motorische cortex de bewegingsproductie regelt”, zegt Alex Rockhill, afgestudeerde student in Nikki Swan’s Human Physiology Laboratory. “Maar er is veel meer aan beweging dan dit hersengebied.”

Rockhill is de eerste auteur van een nieuw artikel van het lab, gepubliceerd in december in Tijdschrift voor neurale engineering.

Swan en haar team bestuderen menselijke hersennetwerken dankzij een samenwerking met artsen en onderzoekers van de Oregon Health & Science University. Het OHSU-team gebruikt een techniek genaamd intracraniaal EEG om te bepalen waar aanvallen kunnen beginnen bij patiënten met therapieresistente epilepsie. Ze implanteren chirurgisch een reeks elektroden in de hersenen van patiënten om precies te bepalen wanneer en waar een aanval plaatsvindt, waardoor mogelijk het aangetaste hersengebied wordt verwijderd.

Een intracraniaal EEG kan ook inzicht geven in andere hersenactiviteit. Het is de “gouden standaard” -technologie, zei Swan. Maar onderzoekers hebben er zelden toegang toe, omdat het implanteren van elektroden een intensief proces is. Deelnemers aan het onderzoek van Swann stemden ermee in om haar team hun hersenen te laten bestuderen terwijl ze al waren aangesloten op elektroden om aanvallen te bestuderen.

Swan en haar collega’s gaven studiedeelnemers een eenvoudige bewegingstaak: op een knop drukken. Ze registreerden de activiteit van duizenden neuronen in de hersenen terwijl de deelnemers de taak uitvoerden. Vervolgens testten ze of ze een computer konden trainen om te bepalen of bepaalde patronen van hersenactiviteit in rust of in beweging werden opgepikt.

De signalen waren duidelijk in specifieke delen van de hersenen. Dat waren regio’s die eerder met beweging werden geassocieerd, waar de meeste neuronen zich waarschijnlijk op dit gedrag zullen concentreren. Maar de onderzoekers vonden ook hersensignalen die beweging door de hersenen voorspellen, ook in regio’s die er niet specifiek voor zijn aangewezen.

In veel delen van de hersenen “kunnen we met grotere nauwkeurigheid dan toeval voorspellen of die gegevens al dan niet tijdens beweging kwamen”, zei Swan.

“We hebben een spectrum van hersenregio’s gevonden, van basale motorische regio’s waar je kunt decoderen dat een persoon 100 procent van de tijd beweegt, tot andere regio’s die 75 procent van de tijd kunnen worden gedecodeerd,” voegde Rockhill eraan toe.

In sommige regio’s die niet gespecialiseerd zijn voor beweging, “vuren sommige neuronen misschien, maar ze kunnen worden overweldigd door neuronen die geen verband houden met beweging”, zei hij.

Hun bevindingen vormen een aanvulling op een studie die in 2019 in het tijdschrift is gepubliceerd natuurwaar andere onderzoekers vergelijkbare langeafstandshersennetwerken hebben aangetoond die verband houden met beweging bij muizen.

“Dat artikel toonde aan dat beweging alomtegenwoordig is in de hersenen, en ons artikel toonde aan dat dit ook bij mensen het geval is,” zei Swan.

Misschien beperkt het fenomeen zich ook niet tot beweging. Het is ook mogelijk dat andere systemen, zoals visie en aanraking, meer delen van de hersenen omvatten dan eerder werd verwacht.

Het team ontwikkelt nu nieuwe taken waarbij verschillende soorten bewegingen betrokken zijn, om te zien hoe deze zich in de hersenen manifesteren. Ze zijn van plan om de samenwerking met OHSU verder te laten groeien, meer onderzoekers bij het project te betrekken en een beter begrip te krijgen van de complexiteit van de hersenen.

“Er zijn veel kansen nu we deze nieuwe samenwerking hebben,” zei Swan. “We hebben echt het geluk dat we zulke opwindende gegevens kunnen verzamelen door samen te werken met het OHSU-team en hun geweldige patiënten.”

Zie ook

Over dit Neuroscience Research News

schrijver: Laurier hamers
Bron: Universiteit van Oregon
Contact: Laurel Hammers – Universiteit van Oregon
afbeelding: De afbeelding bevindt zich in het publieke domein

Oorspronkelijke zoekopdracht: Gesloten toegang.
“Stereo-EEG-opnamen breiden bekende distributies van canonieke bewegingsgerelateerde oscillaties uitDoor Alexander P. Rockhill et al. Tijdschrift voor neurale engineering

Overzicht

Stereo-EEG-opnamen breiden bekende distributies van canonieke bewegingsgerelateerde oscillaties uit

objectief. Eerder elektrofysiologisch onderzoek heeft canonieke oscillerende patronen gekarakteriseerd die verband houden met beweging, voornamelijk uit opnames van de primaire sensomotorische cortex. Minder werk heeft geprobeerd om beweging te decoderen op basis van elektrofysiologische opnames van een breder scala aan hersengebieden, zoals die bemonsterd door stereotactische elektro-encefalografie (sEEG), vooral bij mensen. We wilden verschillende oscillaties geassocieerd met beweging identificeren en karakteriseren in een relatief brede steekproef van hersengebieden bij mensen, en of ze verder reiken dan hersengebieden die voorheen geassocieerd waren met beweging.

nadert. We gebruikten een lineaire ondersteuningsvectormachine om bewegingsbeperkte spectrale patronen met temporele frequentie te decoderen, en valideerden onze resultaten met een clusterpermutatietest en co-ruimtelijke patroondecodering.

Belangrijkste bevindingen. We waren in staat om sEEG-spectroscopie nauwkeurig te classificeren tijdens de toetsaanslagbewegingstaak versus het tijdsinterval tussen proeven. Concreet vonden we deze eerder beschreven patronen: bèta-desynchronisatie (13-30 Hz), bèta-synchronisatie (rebound), alfamodulatie vóór beweging (8-15 Hz), breedbandgammatoename na beweging (60-90 Hz) en potentieel geassocieerd met de gebeurtenis. Deze oscillerende patronen zijn onlangs waargenomen in een breed scala van hersengebieden die toegankelijk zijn met sEEG die niet toegankelijk zijn met andere elektrofysiologische opnamemethoden. De aanwezigheid van bèta-desynchronisatie in de frontale kwab kwam bijvoorbeeld vaker voor dan eerder beschreven, en reikte verder dan de primaire en secundaire motorcortices.

indicatie. Onze classificatie onthulde opmerkelijke temporele frequentiepatronen die ook werden waargenomen in eerdere studies met behulp van niet-invasieve EEG en EEG, maar hier identificeerden we deze patronen in hersengebieden die nog niet met beweging zijn geassocieerd. Dit levert nieuw bewijs voor de anatomische omvang van een systeem van vermeende kinematische netwerken die elk van deze oscillerende modi vertonen.