운동 피질의 고주파 뇌파 패턴은 다가오는 움직임을 예측할 수 있습니다.
날짜:
2023년 1월 19일
원천:
시카고 대학교 메디컬 센터
요약:
새로운 연구는 더 나은 뇌-기계 인터페이스의 개발로 이어질 수 있는 정보인 다가오는 움직임의 세부 사항을 포함하는 운동 피질에서 고주파수 전파 활동 패턴을 발견했습니다.
시카고 대학의 유기체 생물학 및 해부학 교수인 Nicholas G. Hatsopoulos 박사는 오랫동안 우주에 관심을 가져왔습니다. 특히 뇌가 차지하는 물리적 공간.
"우리 머리 속에서 뇌는 모두 구겨져 있습니다. 인간의 피질을 하나의 2D 시트로 평평하게 만든다면 2.5제곱피트의 공간을 덮을 것입니다. 대략 종이 4장 크기입니다. 여러분은 생각할 것입니다. 뇌가 활동 패턴을 구성할 때 그 모든 공간을 활용할 것이라고 생각했지만, 뇌의 한 부분이 팔을 제어하고 다른 부분이 다리를 제어한다는 사실을 제외하고 우리는 뇌가 공간 구성을 어떻게 사용할 수 있는지 대부분 무시했습니다."
이제 1월 16일 국립 과학 아카데미 회보에 발표된 새로운 연구에서 Hatsopoulos와 그의 팀은 뇌가 실제로 운동 중에 신경 활동의 고주파 전파 파동의 공간 조직을 사용한다는 증거를 발견했습니다.
신경 활동의 전파 파동의 존재는 잘 확립되어 있지만 전통적으로 동물의 일반적인 행동 상태(예: 깨어 있거나 잠든 상태)와 관련되어 있습니다. 이 연구는 운동 피질 전반에 걸쳐 신경 활동의 공간적으로 조직화된 모집이 계획된 움직임의 세부 사항을 알릴 수 있다는 첫 번째 증거입니다.
팀은 이 작업이 연구원과 엔지니어가 더 나은 뇌-기계 인터페이스를 구축하기 위해 운동 정보를 해독하는 방법을 알리는 데 도움이 되기를 희망합니다.
연구를 수행하기 위해 연구자들은 원숭이가 조이스틱을 움직여야 하는 작업을 수행하는 동안 짧은꼬리원숭이의 일차 운동 피질에 이식된 다중 전극 어레이의 활동을 기록했습니다. 그런 다음 그들은 파도와 같은 활동 패턴, 특히 높은 진폭의 활동 패턴을 찾았습니다.
"우리는 모든 전극에서 풍부한 정보, 이상적인 공간 도달 및 신호 획득 용이성을 고려한 고주파수 대역 신호에 집중했습니다.
그들은 수백 개의 뉴런 활동으로 구성된 이러한 전파 파동이 원숭이가 조이스틱을 민 방향에 따라 피질 표면을 가로질러 서로 다른 방향으로 이동한다는 것을 발견했습니다.
"그것은 일련의 도미노가 떨어지는 것과 같습니다."라고 Hatsopoulos는 말했습니다. "과거에 우리가 본 모든 파동 패턴은 동물이 무엇을 하고 있는지 알려주지 않았습니다. 그냥 일어날 것입니다. 이제 우리는 이 전파하는 파동 패턴을 보고 방향이 파도는 동물이 하려는 일에 대해 알려줍니다."
결과는 피질 기능을 보는 새로운 방법을 제공합니다. "이것은 공간이 중요하다는 것을 보여줍니다."라고 Hatsopoulos는 말했습니다. "뉴런 집단이 무엇을 하고 관심을 갖는지 살펴보는 대신 정보를 전달하는 공간적으로 조직화된 패터닝이 있음을 확인하고 있습니다. 이것은 사물에 대해 매우 다른 방식으로 생각하는 것입니다."
상당히 시끄러울 수 있는 반복 시도에 대한 기록을 평균화하는 대신 개별 움직임의 활동 패턴을 연구하고 있다는 사실 때문에 연구가 어려웠습니다. 팀은 중요한 정보를 잃지 않고 기록되는 신호에 대한 명확성을 제공하기 위해 데이터를 정리하는 계산 방법을 개발할 수 있었습니다.
Hatsopoulos는 "시험 전반에 걸쳐 평균을 내면 정보를 놓치는 것"이라고 말했습니다. "이 시스템을 뇌-기계 인터페이스의 일부로 구현하려면 평균적인 시도를 할 수 없습니다. 시스템이 효과적으로 작동하려면 움직임이 발생함에 따라 디코더가 즉석에서 수행해야 합니다."
이러한 파동에 움직임에 대한 정보가 포함되어 있다는 사실을 알면 뇌가 신체를 움직이는 방식을 이해하는 새로운 차원의 문이 열리며, 이는 미래의 뇌-기계 인터페이스를 구동할 계산 시스템에 대한 추가 정보를 제공할 수 있습니다.
Hatsopoulos는 "지금까지 공간적 차원은 대부분 무시되었지만 피질 기능을 이해하는 데 사용할 수 있는 새로운 각도"라고 말했습니다. "피질이 수행하는 계산을 이해하려고 할 때 뉴런이 공간적으로 어떻게 배치되는지 고려해야 합니다."
향후 연구에서는 단순한 지점 간 도달이 아닌 순차적인 움직임과 같은 더 복잡한 움직임에서 유사한 파동 패턴이 보이는지 여부와 뇌의 파동과 같은 전기 자극이 원숭이의 움직임을 편향시킬 수 있는지 여부를 조사할 것입니다.
미국 국립 보건원(National Institutes of Health, R01 NS111982)은 "원숭이 운동 피질을 통한 시공간 활동 패턴 전파 운동학 정보 전달"이라는 연구를 지원했습니다. 추가 저자로는 시카고 대학교의 Karthikeyan Balasubramanianb 및 Vasileios Papadourakis가 있습니다.
출처 : https://www.sciencedaily.com/