riepilogo: Un nuovo studio riporta che un semplice movimento come la pressione di un pulsante può inviare ondate di attività attraverso i neuroni che coprono l’intero cervello.

Fonte: Università dell’Oregon

La ricerca della New University of Oregon mostra che anche un semplice movimento come premere un pulsante invia onde di attività attraverso reti di neuroni che si estendono attraverso il cervello.

La scoperta evidenzia la complessità del cervello umano, sfidando l’immagine semplicistica del libro di testo di regioni cerebrali distinte assegnate a funzioni specifiche.

“È risaputo che la corteccia motoria primaria controlla la produzione del movimento”, ha affermato Alex Rockhill, studente laureato presso il Laboratorio di fisiologia umana di Nikki Swan. “Ma c’è molto di più nel movimento di questa regione del cervello”.

Rockhill è il primo autore di un nuovo documento del laboratorio, pubblicato a dicembre in Giornale di ingegneria neurale.

Swan e il suo team stanno studiando le reti del cervello umano grazie a una collaborazione con medici e ricercatori della Oregon Health & Science University. Il team dell’OHSU sta utilizzando una tecnica chiamata EEG intracranico per determinare dove possono iniziare le convulsioni nei pazienti con epilessia resistente al trattamento. Impiantano chirurgicamente una serie di elettrodi nel cervello dei pazienti per individuare con precisione quando e dove si verifica un attacco, rimuovendo potenzialmente l’area del cervello interessata.

Un EEG intracranico può anche fornire informazioni su altre attività cerebrali. È la tecnologia “gold standard”, ha detto Swan. Ma i ricercatori raramente vi hanno accesso, perché l’impianto di elettrodi è un processo intensivo. I partecipanti allo studio di Swann hanno accettato di lasciare che il suo team studiasse i loro cervelli mentre erano già collegati agli elettrodi per studiare le convulsioni.

Swan e i suoi colleghi hanno assegnato ai partecipanti allo studio un semplice compito di movimento: premere un pulsante. Hanno registrato l’attività di migliaia di neuroni in tutto il cervello mentre i partecipanti eseguivano il compito. Successivamente, hanno testato se potevano addestrare un computer per determinare se determinati schemi di attività cerebrale venivano rilevati a riposo o in movimento.

I segnali erano evidenti in aree specifiche del cervello. Quelle erano regioni precedentemente associate al movimento, dove è probabile che la maggior parte dei neuroni si concentri su questo comportamento. Ma i ricercatori hanno anche trovato segnali cerebrali che predicono il movimento in tutto il cervello, anche in regioni non specificamente designate per esso.

In molte parti del cervello, “possiamo prevedere con maggiore precisione rispetto al caso se i dati sono arrivati ​​​​o meno durante il movimento”, ha detto Swan.

“Abbiamo trovato uno spettro di regioni del cervello, dalle regioni motorie di base in cui è possibile decodificare che una persona si muove il 100% delle volte, ad altre regioni che possono essere decodificate il 75% delle volte”, ha aggiunto Rockhill.

In alcune aree che non sono specializzate per il movimento, “alcuni neuroni potrebbero attivarsi, ma potrebbero essere sopraffatti da neuroni che non sono correlati al movimento”, ha affermato.

I loro risultati completano uno studio pubblicato nel 2019 sulla rivista naturadove altri ricercatori hanno mostrato simili reti cerebrali a lunga distanza associate al movimento nei topi.

“Quel documento ha mostrato che il movimento è onnipresente nel cervello, e il nostro documento ha dimostrato che questo è vero anche negli esseri umani”, ha detto Swan.

Forse il fenomeno non si limita nemmeno al movimento. È anche possibile che altri sistemi, come la visione e il tatto, si estendono su più parti del cervello di quanto previsto in precedenza.

Il team sta ora sviluppando nuovi compiti che coinvolgono diversi tipi di movimenti, per vedere come questi si manifestano nel cervello. Hanno in programma di continuare a far crescere la collaborazione con OHSU, coinvolgendo più ricercatori nel progetto e acquisendo una comprensione più profonda delle complessità del cervello.

“Ci sono molte opportunità ora che abbiamo questa nuova collaborazione”, ha detto Swan. “Siamo davvero fortunati ad avere l’opportunità di raccogliere dati così entusiasmanti lavorando con il team OHSU e i loro fantastici pazienti”.

Guarda anche

Informazioni su questa notizia sulla ricerca sulle neuroscienze

autore: Martelli di alloro
Fonte: Università dell’Oregon
Contatto: Laurel Hammers – Università dell’Oregon
immagine: L’immagine è di pubblico dominio

Ricerca originale: Accesso chiuso.
“Le registrazioni stereo-EEG espandono le distribuzioni note delle oscillazioni canoniche legate al movimentoDi Alexander P. Rockhill et al. Giornale di ingegneria neurale

Riepilogo

Le registrazioni stereo-EEG espandono le distribuzioni note delle oscillazioni canoniche legate al movimento

obbiettivo. Precedenti ricerche elettrofisiologiche hanno caratterizzato schemi oscillatori canonici associati al movimento prevalentemente dalle registrazioni della corteccia sensomotoria primaria. Meno lavoro ha tentato di decodificare il movimento sulla base di registrazioni elettrofisiologiche da una gamma più ampia di regioni del cervello come quelle campionate dall’elettroencefalografia stereotassica (sEEG), in particolare negli esseri umani. Abbiamo mirato a identificare e caratterizzare diverse oscillazioni associate al movimento attraverso un campione relativamente ampio di regioni cerebrali negli esseri umani e se si estendono oltre le regioni cerebrali precedentemente associate al movimento.

In avvicinamento. Abbiamo utilizzato una macchina vettoriale di supporto lineare per decodificare i modelli spettrali di frequenza temporale limitati dal movimento e convalidato i nostri risultati con un test di permutazione del cluster e la decodifica del modello co-spaziale.

Risultati chiave. Siamo stati in grado di classificare con precisione la spettroscopia sEEG durante l’attività di movimento della battitura rispetto all’intervallo di tempo tra le prove. In particolare, abbiamo trovato questi modelli precedentemente descritti: desincronizzazione beta (13–30 Hz), sincronizzazione beta (rimbalzo), modulazione alfa prima del movimento (8–15 Hz), aumento gamma a banda larga dopo il movimento (60–90 Hz) e potenziale associato a l’evento. Questi modelli oscillatori sono stati recentemente osservati in un’ampia gamma di regioni del cervello accessibili con sEEG che non sono accessibili con altri metodi di registrazione elettrofisiologica. Ad esempio, la presenza di desincronizzazione beta nel lobo frontale era più prevalente di quanto descritto in precedenza, estendendosi oltre la corteccia motoria primaria e secondaria.

indicazione. La nostra classificazione ha rivelato notevoli modelli di frequenza temporale osservati anche in studi precedenti utilizzando EEG ed EEG non invasivi, ma qui abbiamo identificato questi modelli in regioni del cervello non ancora associate al movimento. Ciò fornisce nuove prove per l’estensione anatomica di un sistema di presunte reti cinematiche che mostrano ciascuna di queste modalità oscillatorie.