گروهی از دانشمندان علوم اعصاب در یک مقاله جدید استدلال می‌کنند که مطالعه یک محدوده فرکانسی ویژه یعنی ریتم‌های امواج بتای مغزی بین 14 تا 30 هرتز، کلید درک چگونگی کنترل مغز فرآیندهای شناختی یا از دست دادن کنترل در برخی اختلالات است.
به گزارش تکناک، انفجارهای مغزی با فرکانس‌های بتا، مکان و زمان نورون‌های قشر مغز را کنترل می‌کنند که اطلاعات حسی را پردازش کرده و پاسخ‌ها را برنامه‌ریزی می‌کنند.
مغز اطلاعات را در مقیاس‌های مختلف پردازش می‌کند. سلول‌های منفرد سیگنال‌ها را به صورت الکتروشیمیایی در مدارها انتقال می‌دهند، اما در مقیاس بزرگی که برای تولید شناخت لازم است، میلیون‌ها سلول به‌طور هماهنگ عمل می‌کنند که توسط سیگنال‌های ریتمیک در فرکانس‌های مختلف هدایت می‌شوند.
نقش ریتم‌های امواج بتا در کنترل شناختی
دانشمندان با تکیه بر داده‌های تجربی، مدل‌سازی ریاضی و تئوری، این موضوع را مطرح می‌کنند که انفجار ریتم‌های امواج بتای مغزی با تنظیم مکان و زمان امواج با فرکانس گامای بالاتر، می‌توانند نورون‌ها را برای ترکیب اطلاعات جدید از حواس یا فرمول‌بندی برنامه‌های عملی، شناخت را در مغز کنترل کنند. آنها استدلال می‌کنند که انفجارهای بتا به سرعت الگوهای انعطاف‌پذیر اما کنترل شده‌ای از فعالیت عصبی را برای اجرای تفکر عمدی ایجاد می‌کند.
ارل کی میلر، یکی از محققان این مطالعه می‌گوید: شناخت به سازماندهی تفکر هدف محور بستگی دارد، بنابراین اگر می‌خواهید شناخت را درک کنید، باید آن سازمان را درک کنید. بتا محدوده فرکانس‌هایی است که می‌توانند نورون‌ها را در مقیاس فضایی مناسب برای تولید فکر سازمان‌یافته، کنترل کنند.
میلر و همکارانش، میکائیل لوندکویست، جاناتان نوردمارک و یوهان لیلجفورس در مؤسسه کارولینسکا و پاول هرمان در مؤسسه فناوری سلطنتی KTH در سوئد، می‌گویند که مطالعه انبوه ریتم‌های بتا برای درک چگونگی ظهور و نمایش آنها نه تنها به توضیح شناخت کمک می‌کند، بلکه به تشخیص و درمان اختلالات شناختی نیز کمک می‌کند.
آنها در مقاله خود می‌گویند: با توجه به ارتباط نوسانات بتا در شناخت، ما تغییر عمده‌ای را در روش شناسایی نشانگرهای زیستی پیش‌بینی می‌کنیم، به ویژه با توجه به اهمیت انفجار بتا در فرآیندهای کنترل مهاری و همچنین اهمیت آنها در ADHD، اسکیزوفرنی و بیماری آلزایمر. این مقاله در مجله Trends in Cognitive Sciences منتشر شده است.
داده‌های به دست آمده از امواج بتا
محققان می‌گویند: مطالعات تجربی بر روی چندین گونه از جمله انسان، انواع مناطق مغز و وظایف شناختی متعدد را پوشش می‌دهد و ویژگی‌های کلیدی امواج بتا را در قشر مغز نشان داده است. یکی از این ویژگی‌ها این است که ریتم‌های بتا در فوران‌های سریع اما قدرتمند رخ می‌دهند. آنها قدرت ریتم‌های گامای فرکانس بالاتر را مهار می‌کنند. اگر چه این امواج از نواحی عمیق‌تر مغز سرچشمه می‌گیرند، اما در مکان‌های خاصی از قشر مغز حرکت می‌کنند.
نویسندگان می‌نویسند: انفجارهای بتا فرصت‌های جدیدی را برای مطالعه نحوه پردازش انتخابی ورودی‌های حسی، تغییر شکل‌دهی توسط عملیات‌های شناختی بازدارنده و در نهایت منجر به اعمال حرکتی ارائه می‌دهند.
به عنوان مثال، میلر و همکارانش در حیوانات نشان داده‌اند که در قشر جلوی مغز در وظایف حافظه کاری، زمانی که فعالیت گاما بتواند اطلاعات حسی جدید را ذخیره کند، بتا مستقیماً در قشر پیشانی مغز منفجر می‌شود، اطلاعات حسی جدید را می‌خواند، و زمانی که دیگر مرتبط نیست، آن را دور می‌اندازد.
در مقاله‌ای در سال گذشته، لوندکویست، هرمان، میلر و دیگر محققان چندین خط از شواهد تجربی را برای این فرضیه ذکر کردند که انفجارهای بتا، کنترل شناختی را به صورت مکانی در مغز اعمال می‌کنند و اساساً تکه‌های قشر را محدود می‌کنند تا قوانین کلی یک کار را حتی به عنوان نورون‌های منفرد نشان دهند.
برای مثال، اگر وظیفه حافظه کاری به خاطر سپردن یک ترکیب قفل الگویی باشد، ریتم‌های بتا تکه‌هایی از قشر مغز را برای مراحل کلی چرخش به چپ، چرخش به راست، دوباره به چپ بپیچید پیاده‌سازی می‌کنند و به گاما اجازه می‌دهند تا نورون‌های درون هر الگو را برای ذخیره و بعداً یادآوری اعداد خاص ترکیب، فعال کند. آنها خاطرنشان کردند که ارزش چنین اصل سازماندهی این است که مغز می‌تواند به سرعت قوانین کار را در یک زمان برای بسیاری از نورون‌ها اعمال کند و این کار را بدون نیاز به ایجاد مجدد ساختار کلی کار در صورت تغییر اعداد فردی انجام دهد.
محققان می‌گویند یکی دیگر از پدیده‌های مهم انفجارهای بتا این است که آنها در فواصل طولانی در مغز منتشر می‌شوند و مناطق متعددی را در بر می‌گیرند. مطالعه جهت سفرهای فضایی آنها و همچنین زمان‌بندی آنها، می‌تواند چگونگی اجرای کنترل شناختی را نشان دهد.
ایده‌های جدید پرسش‌های جدیدی ایجاد می‌کند
انفجارهای ریتم بتا نه تنها از نظر فرکانس، بلکه در طول مدت، دامنه، منشاء و سایر ویژگی‌های آنها نیز متفاوت است. محققان می‌گویند که این تنوع نشان دهنده تطبیق‌پذیری آنها است، اما دانشمندان علوم اعصاب را نیز ملزم می‌کند تا این اشکال مختلف این پدیده و آنچه را که آنها برای مهار اطلاعات بیشتر از این سیگنال‌های عصبی نشان می‌دهند، مطالعه و درک کنند.
لوندکویست گفت: من فکر می‌کنم مهمترین جنبه انفجارهای بتا این فرض بسیار ساده و اساسی است که آنها ماهیت گذرا نوسانات و فرآیندهای عصبی مرتبط با شناخت را نشان می‌دهند. شناخت بر هر کاری که انجام می‌دهیم تأثیر خواهد گذاشت.
چگونه انفجارهای بتا در وهله اول ظاهر می‌شوند تا نقش آشکار خود را در کنترل شناختی ایفا کنند؟
محققان می‌گویند: مشخص نیست که چگونه انفجارهای بتا به عنوان واسطه یک فرمان اجرایی که به مناطق دیگر مغز می‌رسد، ایجاد می‌شوند.
محققان ادعا نمی‌کنند که همه پاسخ‌ها را دارند. در عوض آنها می‌گویند که به نظر می‌رسد ریتم‌های بتا نقش مهمی در کنترل شناخت دارند.
آنها نتیجه می‌گیرند: برای شناخت کامل پتانسیل این امواج، نیاز به پرداختن به سوالات برجسته با الگوهای تجربی جدید، روش‌های تحلیلی و رویکردهای مدل‌سازی وجود دارد.
