研究人员发现了负责大脑不同区域之间信息传递的机制

20世纪初，科学家们开始用附着在头皮上的电极记录大脑活动。令他们惊讶的是，他们发现大脑活动的特征是缓慢和快速的上升和下降信号，这些信号后来被称为“脑电波”。

从那时起,脑电波已经在大脑不同区域之间处理和传递信息的过程中进行了深入研究。在健康的大脑中，在记忆和学习等广泛认知活动的背景下，已经观察到波强度的变化。此外，许多研究表明，波的强度和频率的变化预示着癫痫、自闭症或神经退行性疾病，如帕金森症和阿尔茨海默病。例如，阿尔茨海默病的特征是在某一频率上波动强度急剧下降，而癫痫的特征是在另一频率上波动强度非常急剧和异常地增加。

据目前所知，脑电波表达的同步活动有数万个神经细胞(神经元)，因此波强度的正常增加表示不同神经元群为传递信息而同步活动。但是，这些电波为什么以及如何有助于大脑中信息的正确传输呢?

以色列巴伊兰大学贡达(Goldschmied)多学科大脑研究中心的Rafi Haddad教授的实验室里，博士生Tal Dalal进行的一项新研究聚焦于这个关键问题。这项研究发表在细胞的报道，研究人员改变了大脑传输信息区域的同步水平。然后，他们研究了这是如何影响信息传递的，以及接收信息的大脑区域是如何理解信息的。

研究的重点是大脑区域它们是嗅觉系统或嗅觉的一部分，其特征是强烈的脑电波强度。这个区域的一种特殊类型的神经元负责产生同步脑电波活动。为了增加或减少同步，研究人员使用了光遗传学，这种方法允许神经活动就像开关一样，通过在大脑上投射光来开关。通过这种方式，同步神经元的活动可以被打开或关闭，以检查改变一个区域中许多神经元的同步活动如何影响信息传输到下一个读取信息的区域。

通过增加或减少同步来控制的主要或“上游”区域是嗅觉系统中初始处理发生的地方。从那里，根据操作的不同，同步或非同步的信息被转移到负责更高层次处理的嗅觉系统的次要或“下游”区域。

研究人员发现，传输信息的上游大脑区域神经元的同步增加，导致下游区域信息传输和处理的显著改善。相反，当同步降低时，下游区域的信息表示就会受损。

一个意想不到的发现也发生了。“我们惊讶地发现，激活同步诱导神经元也会导致上游区域整体活动水平的下降，所以我们本以为传递到下游区域的信息会更少。但事实上，上游地区的产出是同步的，弥补了整体活动的减少，甚至改善了信息的传递，”Dalal解释道。

研究人员由此得出结论，同步大脑活动对信息传递和处理的重要性。当成千上万的神经元同步时，大脑中的信息传输比活动异步的情况下更强大、更可靠，每个神经元都独立地运行，而不考虑群体。达拉尔说，与分散在不同地方的示威者相比，这可以比作数万人在公共广场举行的示威。与独立的、非同步的活动相比，共享的、同步的活动的力量是巨大的。

这一发现可能解释了为什么同步活动的减少(表示脑电波强度的下降)可能会导致阿尔茨海默病等神经退行性疾病的认知障碍。达拉尔说:“到目前为止，研究已经表明同步性下降与神经退行性疾病之间存在相关性，但还没有说明它为什么以及如何发生。”“在我们的研究中，我们已经展示了同步是如何促进大脑中信息的传输和处理的，这可能是我们最终看到患者认知障碍的原因。”

达拉尔和哈达德教授的研究为治疗提供了新的选择神经退行性疾病．未来，异常的大脑活动可能会通过对特定神经元的特定刺激得到纠正，例如本研究中用于操作的闪光，将同步恢复到正常所需的水平大脑的活动．

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