生命科學

超慢腦波

在休息狀態下的腦部活動中,這類超低頻波的功用為何?

撰文/路易斯(Tanya Lewis)
翻譯/李之年

生命科學

超慢腦波

在休息狀態下的腦部活動中,這類超低頻波的功用為何?

撰文/路易斯(Tanya Lewis)
翻譯/李之年


每隔幾秒就有一波電生理活動流經大腦,如同波濤在海洋中起伏。數十年前,科學家以功能性磁共振造影(fMRI)掃描人類與其他動物在休息狀態下的腦部,首度偵測到這些腦部訊號,但該現象若非被視為腦中電生理「雜訊」,就是當成更快速的腦部訊號加總的結果,因此受到忽視。


現在一項測量小鼠腦中這些超慢波動(小於0.1赫茲)的研究顯示,這是腦部的一種獨特活動,取決於意識狀態。但這些腦波從何而來、功能為何,仍懸而未解。


fMRI可以偵測腦部的血流變化,一般認為這些變化與神經元活動息息相關。美國聖路易華聖頓大學醫學院的放射學暨神經學教授賴可(Marcus Raichle)說:「當受試者進入fMRI儀器,單單是看受試者未做任何事時的腦部訊號,就會發現訊號十分混雜。」賴可是今年4月發表在《神經元》(Neuron)的這篇新研究的資深作者,他說:「此研究凸顯這些休息狀態的腦部活動非常重要,這類fMRI訊號究竟是怎麼一回事?」


為了找出腦內發生了什麼事,賴可的研究團隊運用結合鈣離子與血紅素的造影術,透過螢光分子來偵測分子層級的神經元活動,並藉由電生理儀器來記錄不同皮質層神經元的電生理訊號。他們測量了清醒小鼠和麻醉小鼠,實驗的清醒小鼠是在暗室裡的迷你吊床上歇息。


該研究團隊發現,超慢腦波會穿過清醒小鼠的大腦皮層,而在麻醉小鼠腦中,超慢腦波會改變方向。研究人員表示,這些腦波跟所謂的δ波(介於1~4赫茲)和其他高頻腦波迥然不同。


賴可表示,這些超慢腦波可能對大腦運作方式至關重要。他說:「以美國普吉特峽灣(Puget Sound)的波浪來比喻,狂風暴雨時,這些波濤拍岸,上頭出現滔滔碎浪。」這些「波濤」讓大腦皮質比較容易活化,亦即較容易形成「碎浪」。


其他研究人員讚揚此研究方法,但是懷疑超慢腦波跟其他腦波截然不同。未參與此研究的哥倫比亞大學朱克曼研究所生醫工程學教授希爾曼(Elizabeth Hillman)評論:「我認為不該貿然斷定,在休息狀態下fMRI所測量的訊號代表腦部其他特性,而且與皮質各區較高頻率的波動無關。」希爾曼在2016年發表了一篇研究,發現休息狀態下fMRI訊號不只來自低頻神經元活動,還有各種頻率的神經元活動。


我們必須進行更多研究,抽絲剝繭找出不同類型的腦部訊號有何關聯。「這類模式十分新奇。」希爾曼說:「這類模式究竟為何物,我們還沒什麼頭緒。若要一探究竟,實在困難。」


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