Možganski ritmi

Velikokrat nas ne zanima, kako se obnašajo posamezni nevroni, ampak kaj lahko razberemo iz delovanja velikega števila nevronov različnih delov možganske skorje. Skupno delovanje velikega števila nevronov lahko primerjamo s preučevanjem gozda ali dela gozda v nasprotju s preučevanjem posameznih dreves.

Hitri električni ritmi nevronov v možganski skorji so povezani z vrsto zanimivih stanj in vedenj. Povezujemo jih z različnimi deli spanca, s stopnjo aktivnosti, s pozornostjo in jih merimo z EEGjem (elektroencefalogramom), s katerim merimo skupno aktivnost velikega števila nevronov možganske skorje. Ta metoda merjenja možganske aktivnosti je primerna zato, ker lahko zelo natančno merimo spremembe v delovanju možganov, v okviru milisekund (tisočinkah sekunde) in zato, ker lahko merimo električno aktivnost nevronov.

EEG

EEG sestavljajo elektrode, ki jih pripnemo na skalp (od 20 pa do 200), na katerega namažemo nekakšno pasto, da zmanjšamo električni upor. Elektrode so pripete na ojačevalce (nevroni proizvajajo zelo šibko električno polje, poleg tega pa mora iti električni signal, da pripotuje od nevronov do elektrode, čez veliko plasti, ki ta signal popačijo in oslabijo) in na računalnik, ki zapisuje meritve. EEG meri spremembe v električni električni aktivnosti, ki jo ustvarjajo aktivni piramidalni nevroni možganske skorje (nevroni, ki so prostorsko najvišje v možganih). Aktivnost velikega števila teh nevronov se razlikuje po tem, kako hitro streljajo, kako sinhrono streljajo in kolikšno število nevronov strelja naenkrat ali ločeno. To nam poda različne EEG ritme (valove) iz katerih lahko sklepamo na stanje osebka (ali je recimo umirjen ali napet).

Ko hočemo meriti električno dogajanje v možganih ob neki kognitivni nalogi, na primer ob gledanju slik, prepoznavanju obrazov ali poslušanju glasbe, naredimo veliko enakih meritev, da odstranimo šum in dobimo res tisto obliko valu, ki ustreza neki kognitivni nalogi. Za referenco uporabljamo neko specifično točko »nič«, ki predstavlja začetek dražljaja in od nje naprej merimo, kaj se dogaja, pri vseh ponovitvah isto. Ko ponovimo veliko merjenj z EEGjem dobimo povprečno obliko valu, ki nastane glede na določeno aktivnost. Obliki valu, ki ga dobimo glede na določeno nalogo pravimo Event Related Potential (ali potencial povezan z dogodkom) (ERP). Ko te z-dogodkom-povezane-potenciale merimo z velikim številom elektrod, pripetih na različne dele lobanje, dobimo topografske mape električne aktivnosti po možganih. Tako vidimo, kje je aktivnost močnejša, kje šibkejša.

Ritmični EEG signali

Ritmične EEG signale opišemo v obliki valov glede na njihovo amplitudo in frekvenco. Frekvenca nam pove, kolikokrat na sekundo se spremeni električna aktivnost (kolikokrat na sekundo nevroni ustrelijo) in jo zapišemo v Hercih (Hz). Amplituda pa je odvisna od tega, kako sinhrono (časovno usklajeno) je delovanje nevronov in kolikšno število nevronov deluje skupaj. Nevroni streljajo sinhrono takrat, ko streljajo na podoben način v istem ozkem časovnem okvirju. Če nevroni streljajo v neenotnih časovnih intervalih (nesinhrono), ima sešteta aktivnost nevronov, ki jo zazna elektroda, majhno amplitudo. Če pa nevroni delujejo sinhrono, v istem časovnem intervalu, je amplituda vala velika. Ko je delovanje sinhrono, veliko število nevronov z majhnim električnim signalom proizvede velik signal na površini skalpa, ki ga zaznajo elektrode. Ritmi z visoko frekvenco in nizko amplitudo (majhnim sinhronim delovanjem) so ponavadi povezani z budnostjo in čuječnostjo ali pa s stadijem REM spanca. Ritmi z nizko frekvenco in visoko amplitudo pa so ponavadi povezani z ne-REM stadiji spanca ali komo. To je pravzaprav logično, saj morajo možgani v budnem stanju procesirati veliko različnih informacij in zato delujejo bolj nesinhrono, saj mora veliko število majhnih skupin nevronov obdelovati različne vidike ene kognitivne naloge. Pri vidu na primer, morajo različne populacije nevronov obdelovati obliko, barvo, svetlost, idr. V globokem spancu, pa večino nevronov ne sodeluje pri procesiranju informacij, posebej ne tistih, ki prihajajo iz okolja, kar pomeni, da lahko delujejo sinhrono. To na EEGju vidimo kot veliko amplitudo.

Značilni možganski ritmi

Najbolj značilni možganski ritmi so ALFA, BETA, GAMA, DELTA, THETA:

ALFA	8 – 13 Hz: Sinhrona in koherentna električna aktivnost večjih skupin nevronov. Pojavi se v tihih, sproščenih budnih stanjih, avtomatični obdelavi informacij (npr. v stanju flow, ki ga dosežejo npr. izurjeni športniki v popolni koncentraciji) ali ko zapremo oči.
BETA	Več od 14 Hz: Hitra, neenakomerna, nesinhrona aktivnost. Pojavi se v budnem stanju, napetem premišljevanju, aktivni koncentraciji.
GAMA	26 – 70 Hz: Ponavadi okrog 40 Hz. Pojavi se pri aktivnem izmenjavanju informacij med deli možganske skorje in možganske skorje z globljimi strukturami, v zavestnem budnem stanje, v REM spancu, v določenih oblikah meditacije.
DELTA	Manj od 4 Hz: Najnižja frekvenca, najvišja amplituda. Delta ritmi se povečajo, ko se zmanjša naše zavedanje fizičnega sveta, kot recimo v globokem spancu, komi ali vegetativnem stanju.
THETA	4 – 7 Hz: Sinhrono streljanje nevronov, visoka amplituda. Pojavi se v nekaterih stadijih spanca, pri tihem osredotočanju (nekaterih oblikah meditacije), hipnagogiji, hipnopompiji, hipnozi, spominjanju.

Izvor sinhronih možganskih ritmov

Poznamo dva različna izvora sinhronega delovanja. Možganski ritmi lahko izvirajo iz centralnega pacemakerja (narekovalca ritma), ki je velikokrat impulz, ki prihaja iz talamusa (talamus in korteks sta med seboj povezana z mnogimi aksoni). Nekateri nevroni v talamusu imajo značilnost, da ustvarjajo ritmično aktivnost povsem avtomatično, brez zunanjih informacij ali dražljajev. Sinhroni ritmi talamičnih pacemakerjev se potem prenesejo v možgansko skorjo, kjer nevronom narekujejo določeno ritmično aktivnost. So kot dirigent, ki narekuje, kako naj igra cel orkester. Drug izvor sinhronega delovanja pa nastane zaradi skupnega povezovanja in delovanja nevronov možganske skorje. To delovanje je podobno ploskanju. Na začetku vsak ploska sam zase, a čez čas vsi v koncertni dvorani ploskajo v istem ritmu, brez kakršnega koli »koncertnega mojstra«, ki bi narekoval ritem. Skupno ploskanje nastane zato, ker ljudje gledajo in poslušajo drug drugega, skratka med seboj komunicirajo. Tudi nevroni v svojem delovanju med seboj komunicirajo in se zato lahko povezujejo v sinhrone enote.

Funkcije možgaskih ritmov

Za funkcije možganskih ritmov obstajajo hipoteze, o katerih si znanstveniki niso enotni. Prva razlaga pravi, da možganski ritmi (posebej tisti, ki jih proizvaja talamus) obstajajo zato, da korteks odrežejo od čutnih informacij. Ko se spuščamo v spanec, kar naenkrat ne slišimo več dobro, zapirajo se nam oči in na koncu zaspimo. Ko spimo, smo odrezani od večino informacij, ki prihajajo do naših čutil. Druga hipoteza pravi, da sinhrono delovanje nevronov korteksa omogoča povezovanje različnih skupin nevronov. Kot smo rekli, mora za obdelavo zapletene kognitivne naloge (ko npr. poizkušamo ujeti žogo), veliko skupin nevronov vsaka zase obdelati en vidik našega dejanja (pozicija žoge, hitrost žoge, premikanje mišic, itd.). Če predelane informacije vsake skupine nikoli ne bi prišle skupaj, bi bil naš svet precej kaotičen, saj recimo informacija o hitrosti žoge ne bi dosegla informacije o pravilnem premiku telesa. Brez povezovanja teh informacij ne bi bili nikoli sposobni ujeti žoge. Prav ritmi okrog 30 do 80 Hz – gama ritmi (ponavadi okrog 40 Hz) naj bi omogočili povezovanje različnih skupin nevronov pod istim »imenom« in izmenjavo informacij med njimi.

Povzel Toma Strle po naslednjem viru: Bear, M.F. et al. (2007, 3. izd.), Neuroscience: Exploring the Brain (Lippincott Williams & Wilkins), poglavje 19, str. 585 - 616

neznano
25. 2. 2009, 13:01:13

Vaša ocena prispevka:
(Prispevek ocenite tako, da kliknete na želeno zvezdico.)