在睡眠期间,大脑对声音的反应依然强劲,但有意识的关注的一个关键特性消失了
特拉维夫大学的新发现可能提供了一个伟大的科学之谜的关键:清醒的大脑如何将感官输入转换为有意识的经验吗?植入电极的研究依赖于收集的数据,用于医疗目的,在人类的大脑深处。信息是用来检查大脑皮层对声音的反应差异在睡眠与清醒,单一神经元的一项决议。
研究人员惊奇地发现,在睡眠中大脑对声音的反应仍然是强大的所有参数,但一:α-β波的水平与注意听觉输入和预期有关。这意味着在睡眠期间,大脑分析听觉输入但无法关注声音或识别,因此没有意识随之而来。
汉娜是博士领导的研究和主要贡献来自Amit Marmelshtein博士的实验室尤教授从医学院的近红外光谱,Sagol神经科学学院生物医学工程系,co-supervised教授伊萨克·油炸从加州大学洛杉矶分校医疗中心。其他参与者包括:亚伦Krom博士和Yaniv塞拉教授从近红外光谱的集团和被罩施特劳斯博士和Firas Fahoum从特拉维夫Sourasky医疗中心(Ichilov)。论文发表自然神经科学。
近红外光谱教授说,“这项研究的独特之处在于,它构建在罕见的数据从深处植入电极人类的大脑,使得高分辨率监控、单个神经元水平,大脑的电活动。出于可以理解的原因,不能在大脑中植入电极的生活人类只是为了科学研究。但在这项研究中,我们可以利用一个特殊的医疗过程中,电极植入大脑的癫痫患者,监测活动大脑不同部位的诊断和治疗的目的。患者自愿帮忙检查大脑听觉刺激的反应在清醒和睡眠。”
研究人员放置扬声器发出各种声音从植入病人的床边和比较数据electrodes-neural活动和脑电波在大脑的不同区域清醒和睡眠的不同阶段。完全,团队收集的数据来自700多个神经元,神经元约50在每个病人,在过去的8年。
Haya博士说,“声音在耳朵后,信号传递从一个站到下一个在大脑。直到最近,人们认为在睡眠时这些信号衰减迅速,一旦他们到达大脑皮层。但从电极观察数据,我们惊奇地发现,在睡眠中大脑的反应更强和更丰富的比我们预期的。此外,这种强大的反应扩散到大脑皮质的许多地区。在睡眠中大脑反应的强度相似中观察到的响应觉醒,但是一个特定的功能,在一个戏剧性的差异记录:α-β波的水平的活动。”
研究人员解释,α-β波(10-30Hz)与过程的关注和期望由反馈控制更高的大脑区域。从感觉器官信号旅行“自下而上”的更高的地区,一个“自上而下”的运动也会发生:较高的地区,依靠大脑所累积的信息之前,作为一个指南,传输信号指示的感官地区关注的输入,这应该被忽略,等。因此,举例来说,当一个特定的声音在耳朵,较高的地区可以告诉是否新的或熟悉,和是否值得关注。这种大脑活动是体现在α-β波的抑制,事实上,先前的研究显示高水平的这些波的休息和麻醉。目前的研究表明,α-β波的强度之间的主要区别是大脑听觉输入的反应在清醒和睡眠状态。
近红外光谱教授表示,“研究结果具有广泛的意义超出了这个特定的实验。首先,他们提供了一个古老的一个重要关键,迷人的谜:意识的秘诀是什么?未知的因素是什么,大脑活动是独一无二的意识,让我们意识到我们周围的事情发生当我们清醒时,和消失当我们睡觉?在这项研究中我们发现了一个新的领导,在未来的研究中,我们打算进一步探索负责这种差异的机制。”
“此外,确定了一个特定的大脑功能,是不同国家之间的意识和无意识,我们现在有一个明显的定量措施首次签署此类评估一个人的意识的声音。我们希望在不久的将来,通过改进技术测量α-β大脑波,如脑电图和非侵入性监测方法,可以准确地评估一个人的在各种情况下的意识状态:验证在外科手术病人保持无意识,监测痴呆症患者的意识,或者确定一个据称昏迷的人,无法沟通,真正意识到他/她的环境。在这种情况下,低水平的α-β波响应声音可以表明,一个人认为无意识的事实上可能感知和理解的单词说在他周围。我们希望我们的发现将作为基础开发有效的新方法来测量人的认识程度可能在无意识的各种状态。”
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