Fala Mu - Mu wave
Rytm sensomotoryczny mu , znany również jako fala mu , rytmy grzebieniowe lub wicket lub rytmy łukowate, to zsynchronizowane wzorce aktywności elektrycznej obejmujące dużą liczbę neuronów , prawdopodobnie typu piramidalnego , w części mózgu, która kontroluje ruchy dobrowolne. Te wzorce, mierzone za pomocą elektroencefalografii (EEG), magnetoencefalografii (MEG) lub elektrokortykografii (ECoG), powtarzają się z częstotliwością 7,5-12,5 (a przede wszystkim 9-11) Hz i są najbardziej widoczne, gdy ciało jest fizycznie w spoczynku. W przeciwieństwie do fali alfa , która w spoczynku występuje z podobną częstotliwościąw korze wzrokowej z tyłu głowy, rytm mu znajduje się w korze ruchowej , w paśmie mniej więcej od ucha do ucha. Osoba tłumi rytmy mu, gdy wykonuje czynność motoryczną lub, z praktyką, gdy wizualizuje wykonywanie czynności motorycznej. To tłumienie nazywa się desynchronizacją fali, ponieważ kształty fal EEG są powodowane przez dużą liczbę neuronów, które działają synchronicznie. Rytm mu jest nawet stłumiony, gdy obserwujemy inną osobę wykonującą czynność ruchową lub abstrakcyjny ruch o cechach biologicznych. Naukowcy, tacy jak VS Ramachandran i współpracownicy, zasugerowali, że jest to znak, że system neuronów lustrzanych jest zaangażowany w tłumienie rytmu mu, chociaż inni się z tym nie zgadzają.
Rytm mu interesuje wielu badaczy. Naukowców zajmujących się rozwojem neuronalnym interesują szczegóły rozwoju rytmu mu w niemowlęctwie i dzieciństwie oraz jego rola w uczeniu się. Ponieważ grupa naukowców uważa, że zaburzenia ze spektrum autyzmu (ASD) są pod silnym wpływem zmienionego układu neuronów lustrzanych i że tłumienie rytmu mi jest dalszym wyznacznikiem aktywności neuronów lustrzanych, wielu z tych naukowców wzbudziło bardziej popularne zainteresowanie badaniem mi fala u osób z ASD. Różni badacze są również w trakcie wykorzystywania rytmów mu do opracowania nowej technologii: interfejsu mózg-komputer (BCI). Wraz z pojawieniem się systemów BCI, klinicyści mają nadzieję zapewnić populacji osób z poważnymi niepełnosprawnościami fizycznymi nowe metody komunikacji oraz środki do manipulowania i poruszania się w ich środowiskach.
Neurony lustrzane
System neuronów lustrzanych składa się z klasy neuronów , którą po raz pierwszy zbadano w latach 90. u makaków . Badania wykazały, że zestawy neuronów aktywują się, gdy te małpy wykonują proste zadania, a także gdy małpy widzą, jak inni wykonują te same proste zadania. Sugeruje to, że odgrywają one rolę w mapowaniu ruchów innych osób w mózgu bez faktycznego wykonywania ruchów. Te zestawy neuronów nazywane są neuronami lustrzanymi i razem tworzą system neuronów lustrzanych. Fale Mu są tłumione, gdy te neurony zapalają się, co pozwala naukowcom badać aktywność neuronów lustrzanych u ludzi. Istnieją dowody na to, że neurony lustrzane istnieją zarówno u ludzi, jak i u zwierząt. Szczególnie interesujące są prawy zakręt wrzecionowaty , lewy dolny zrazik ciemieniowy , prawa przednia kora ciemieniowa i lewy dolny zakręt czołowy . Niektórzy badacze uważają, że tłumienie fal mu może być konsekwencją aktywności neuronów lustrzanych w całym mózgu i reprezentuje integracyjne przetwarzanie na wyższym poziomie aktywności neuronów lustrzanych. Testy przeprowadzone zarówno na małpach (przy użyciu inwazyjnych technik pomiarowych), jak i na ludziach (przy użyciu EEG i fMRI ) wykazały, że te neurony lustrzane nie tylko aktywują się podczas podstawowych zadań motorycznych, ale także zawierają elementy, które zajmują się intencją. Istnieją dowody na ważną rolę neuronów lustrzanych u ludzi, a fale mu mogą reprezentować wysoki poziom koordynacji tych neuronów lustrzanych.
Rozwój
Owocna konceptualizacja fal mi w zastosowaniach pediatrycznych polega na tym, że tłumienie fal mi jest reprezentacją aktywności zachodzącej na świecie i jest wykrywalne w sieciach czołowych i ciemieniowych . Oscylacja spoczynkowa zostaje stłumiona podczas obserwacji informacji czuciowych, takich jak dźwięki lub obrazy, zwykle w obrębie kory czołowo - ciemieniowej (ruchowej). Fala mu jest wykrywalna w okresie niemowlęcym już od czterech do sześciu miesięcy, kiedy szczytowa częstotliwość osiągana przez falę może wynosić nawet 5,4 Hz . W pierwszym roku życia następuje gwałtowny wzrost częstotliwości szczytowej, a w wieku dwóch lat częstotliwość zwykle osiąga 7,5 Hz. Szczytowa częstotliwość fali mu wzrasta wraz z wiekiem, aż do osiągnięcia wieku dojrzałego, kiedy osiąga ostateczną i stabilną częstotliwość 8–13 Hz. Te zmienne częstotliwości są mierzone jako aktywność wokół bruzdy centralnej w obrębie kory Roland.
Uważa się, że fale Mu wskazują na rozwijającą się zdolność niemowlęcia do naśladowania . Jest to ważne, ponieważ umiejętność naśladowania odgrywa kluczową rolę w rozwoju umiejętności motorycznych , posługiwaniu się narzędziami i zrozumieniu przyczynowych informacji poprzez interakcje społeczne. Naśladowanie jest integralną częścią rozwoju umiejętności społecznych i rozumienia sygnałów niewerbalnych. Relacje przyczynowe można tworzyć poprzez społeczne uczenie się bez konieczności posiadania doświadczenia z pierwszej ręki. Podczas wykonywania czynności fale mu występują zarówno u niemowląt, jak iu dorosłych przed i po wykonaniu zadania ruchowego i towarzyszącej mu desynchronizacji. Jednak podczas wykonywania działań zorientowanych na cel niemowlęta wykazują wyższy stopień desynchronizacji niż dorośli. Podobnie jak w przypadku wykonywania czynności, podczas obserwacji czynności fale mu niemowląt nie tylko wykazują desynchronizację, ale także wykazują większy stopień desynchronizacji niż u dorosłych. Ta tendencja do zmian stopnia desynchronizacji, a nie rzeczywistych zmian częstotliwości, staje się miarą rozwoju fal mu w okresie dorosłości, chociaż najwięcej zmian ma miejsce w pierwszym roku życia. Zrozumienie mechanizmów dzielonych między percepcją i realizacją działań w najwcześniejszych latach życia ma wpływ na rozwój języka . Uczenie się i rozumienie poprzez interakcje społeczne pochodzi z naśladowania ruchów oraz dźwięków samogłosek. Dzielenie się doświadczeniem uczęszczania na przedmiot lub wydarzenie z inną osobą może być potężną siłą w rozwoju języka.
Autyzm
Autyzm to zaburzenie, które wiąże się z deficytami społecznymi i komunikacyjnymi. Pojedyncza przyczyna autyzmu nie została jeszcze zidentyfikowana, ale fale mu i układ neuronów lustrzanych zostały przebadane specjalnie pod kątem ich roli w zaburzeniu. U typowo rozwijającej się osoby system neuronów lustrzanych reaguje, gdy obserwuje, jak ktoś wykonuje zadanie lub sam je wykonuje. U osób z autyzmem neurony lustrzane stają się aktywne (w konsekwencji fale mu są tłumione) tylko wtedy, gdy osoba sama wykonuje zadanie. To odkrycie skłoniło niektórych naukowców, w szczególności VS Ramachandrana i współpracowników, do postrzegania autyzmu jako zaburzonego rozumienia intencji i celów innych osób z powodu problemów z układem neuronów lustrzanych. Ten niedobór wyjaśniałby trudności osób z autyzmem w komunikowaniu się i rozumieniu innych. Podczas gdy większość badań systemu neuronów lustrzanych i fal mu u osób z autyzmem skupiała się na prostych zadaniach motorycznych, niektórzy naukowcy spekulują, że testy te można rozszerzyć, aby wykazać, że problemy z systemem neuronów lustrzanych leżą u podstaw nadrzędnych deficytów poznawczych i społecznych .
Wielkości aktywacji fMRI w dolnym zakręcie czołowym zwiększają się wraz z wiekiem u osób z autyzmem, ale nie u osób typowo rozwijających się. Ponadto większa aktywacja wiązała się z większą ilością kontaktu wzrokowego i lepszym funkcjonowaniem społecznym . Naukowcy uważają, że dolny zakręt czołowy jest jednym z głównych korelatów neuronalnych z układem neuronów lustrzanych u ludzi i jest często związany z deficytami związanymi z autyzmem. Odkrycia te sugerują, że układ neuronów lustrzanych może nie być niefunkcjonalny u osób z autyzmem, ale po prostu nieprawidłowy w swoim rozwoju. Ta informacja jest istotna dla obecnej dyskusji, ponieważ fale mu mogą integrować różne obszary aktywności neuronów lustrzanych w mózgu. Inne badania oceniały próby świadomego stymulowania systemu neuronów lustrzanych i tłumienia fal mu za pomocą neurofeedbacku (rodzaj biofeedbacku podawanego przez komputery, które analizują zapisy aktywności mózgu w czasie rzeczywistym, w tym przypadku EEG fal mu). Ten rodzaj terapii jest wciąż we wczesnej fazie wdrażania u osób z autyzmem i ma sprzeczne prognozy sukcesu.
Interfejsy mózg-komputer
Interfejsy mózg-komputer (BCI) to rozwijająca się technologia, która, jak mają nadzieję klinicyści, przyniesie pewnego dnia większą niezależność i sprawczość osobom poważnie niepełnosprawnym fizycznie. Te, którym technologia może pomóc, obejmują osoby z prawie całkowitym lub całkowitym paraliżem, takie jak osoby z tetraplegią (quadriplegia) lub zaawansowaną stwardnieniem zanikowym bocznym (ALS); BCI mają na celu pomóc im komunikować się, a nawet przenosić przedmioty, takie jak zmotoryzowane wózki inwalidzkie, neuroprotezy lub zrobotyzowane narzędzia chwytające. Niewiele z tych technologii jest obecnie regularnie używanych przez osoby niepełnosprawne, ale na poziomie eksperymentalnym opracowywany jest zróżnicowany wachlarz. Jeden typ BCI wykorzystuje desynchronizację związaną ze zdarzeniami (ERD) fali mu w celu sterowania komputerem. Ta metoda monitorowania aktywności mózgu wykorzystuje fakt, że gdy grupa neuronów jest w stanie spoczynku, mają one tendencję do synchronicznego działania. Kiedy uczestnik otrzymuje polecenie wyobrażenia sobie ruchu („wydarzenie”), wynikająca z tego desynchronizacja (grupa neuronów, która wysyłała fale synchroniczne, teraz emitujące złożone i zindywidualizowane wzorce) może być wiarygodnie wykryta i przeanalizowana przez komputer. Użytkownicy takiego interfejsu są szkoleni w wizualizacji ruchów, zwykle stopy, dłoni i/lub języka, które znajdują się w różnych miejscach na homunkulusie korowym i w ten sposób można je odróżnić za pomocą elektroencefalografu (EEG) lub elektrokortykografu (ECoG) zapisu elektrycznego aktywność nad korą ruchową . W tej metodzie komputery monitorują typowy wzór ERD fali mu kontralateralnie względem wizualizowanego ruchu w połączeniu z synchronizacją związaną ze zdarzeniami (ERS) w otaczającej tkance. Ten sparowany wzór nasila się wraz z treningiem, a trening coraz częściej przybiera formę gier, z których niektóre wykorzystują wirtualną rzeczywistość . Niektórzy badacze odkryli, że informacje zwrotne z gier rzeczywistości wirtualnej są szczególnie skuteczne w dostarczaniu użytkownikowi narzędzi do poprawy kontroli jego wzorców fal mu. Metodę ERD można łączyć z jedną lub kilkoma innymi metodami monitorowania aktywności elektrycznej mózgu w celu stworzenia hybrydowych BCI, które często oferują większą elastyczność niż BCI wykorzystujące dowolną pojedynczą metodę monitorowania.
Historia
Fale Mu były badane od lat 30. XX wieku i są określane jako rytm furtki, ponieważ zaokrąglone fale EEG przypominają furtki do krokieta . W 1950 roku Henri Gastaut i jego współpracownicy donosili o desynchronizacji tych fal nie tylko podczas aktywnych ruchów ich badanych, ale także podczas obserwowania przez nich czynności wykonywanych przez kogoś innego. Wyniki te zostały później potwierdzone przez dodatkowe grupy badawcze, w tym badanie z użyciem podtwardówkowych siatek elektrod u pacjentów z padaczką . To ostatnie badanie wykazało supresję mu, podczas gdy pacjenci obserwowali poruszające się części ciała w obszarach somatycznych kory, które odpowiadały części ciała poruszanej przez aktora. Dalsze badania wykazały, że fale mu mogą również ulegać desynchronizacji dzięki wyobrażaniu sobie działań i biernemu obserwowaniu ruchu biologicznego światła punktowego .
Zobacz też
Fale mózgowe
- Fala delta – (0,1 – 3 Hz)
- Fala Theta – (4 – 7 Hz)
- Fala alfa – (8 – 12)
- Fala Mu – (8 – 13 Hz)
- fala SMR – (12,5 – 15,5 Hz)
- Fala beta – (16 – 31 Hz)
- Fala gamma – (32 – 100 Hz)
Bibliografia