मोटर कॉर्टेक्स में उच्च आवृत्ति मस्तिष्क तरंग पैटर्न आगामी आंदोलन की भविष्यवाणी कर सकते हैं: अनुसंधान

शिकागो (एएनआई): शिकागो विश्वविद्यालय में जीव विज्ञान और शरीर रचना विज्ञान के प्रोफेसर, निकोलस जी। हत्सोपोलोस, पीएचडी, लंबे समय से अंतरिक्ष से मोहित हैं। विशेष रूप से मस्तिष्क द्वारा कब्जा कर लिया गया भौतिक स्थान।

"हमारे सिर के अंदर, मस्तिष्क पूरी तरह से उखड़ गया है। यदि आप मानव कॉर्टेक्स को एक 2डी शीट में चपटा कर देते हैं, तो यह ढाई वर्ग फुट जगह को कवर करेगा - मोटे तौर पर कागज के चार टुकड़ों के आकार का। आप सोचेंगे कि गतिविधि के पैटर्न को व्यवस्थित करते समय मस्तिष्क उस सभी स्थान का लाभ उठाएगा, लेकिन यह जानने के अलावा कि मस्तिष्क का एक हिस्सा हाथ को नियंत्रित करता है और दूसरा पैर को नियंत्रित करता है, हमने ज्यादातर इस बात पर ध्यान नहीं दिया है कि मस्तिष्क उस स्थानिक संगठन का उपयोग कैसे कर सकता है।"

Hatsopoulos और उनके सहयोगियों ने साक्ष्य की खोज की कि मस्तिष्क वास्तव में नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज की कार्यवाही में 16 जनवरी को प्रकाशित एक नए अध्ययन में आंदोलन के दौरान न्यूरोनल गतिविधि की उच्च आवृत्ति प्रचार तरंगों के स्थानिक संगठन का उपयोग करता है।

न्यूरोनल गतिविधि की प्रसार तरंगों की उपस्थिति अच्छी तरह से स्थापित की गई है, लेकिन वे पारंपरिक रूप से एक जानवर की सामान्य व्यवहारिक स्थिति (जैसे जागना या सोना) से जुड़े हैं। यह अध्ययन पहला सबूत है कि मोटर कॉर्टेक्स में न्यूरोनल गतिविधि की स्थानिक रूप से संगठित भर्ती नियोजित आंदोलन के विवरण को सूचित कर सकती है।

टीम को उम्मीद है कि यह काम यह सूचित करने में मदद करेगा कि कैसे शोधकर्ता और इंजीनियर बेहतर ब्रेन-मशीन इंटरफेस बनाने के लिए मोटर जानकारी को डिकोड करते हैं।

अध्ययन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने मकाक बंदरों के प्राथमिक मोटर कॉर्टेक्स में प्रत्यारोपित मल्टीइलेक्ट्रोड सरणियों से गतिविधि को रिकॉर्ड किया, जबकि बंदरों ने एक कार्य किया जिसके लिए उन्हें जॉयस्टिक को स्थानांतरित करने की आवश्यकता थी। फिर, उन्होंने गतिविधि के तरंग-जैसे पैटर्न की तलाश की, विशेष रूप से उच्च आयाम वाले।

अध्ययन के पहले लेखक और हत्सोपोलोस प्रयोगशाला में स्नातक छात्र वेई लियांग ने कहा, "हमने इसकी समृद्ध जानकारी, आदर्श स्थानिक पहुंच और प्रत्येक इलेक्ट्रोड में सिग्नल प्राप्त करने में आसानी के कारण उच्च आवृत्ति बैंड संकेतों पर ध्यान केंद्रित किया।"

उन्होंने पाया कि ये फैलने वाली तरंगें, जिनमें सैकड़ों न्यूरॉन्स की गतिविधि शामिल थी, ने कॉर्टिकल सतह पर अलग-अलग दिशाओं में यात्रा की, जिसके आधार पर बंदर ने जॉयस्टिक को धक्का दिया।

"यह गिरने वाले डोमिनोज़ की एक श्रृंखला की तरह है," हत्सोपोलोस ने कहा। "अतीत में हमने जो तरंग पैटर्न देखे हैं, उनमें से सभी ने हमें यह नहीं बताया कि जानवर क्या कर रहा था, यह बस हो जाएगा। यह बहुत ही रोमांचक है क्योंकि अब हम इस प्रसार तरंग पैटर्न को देख रहे हैं और यह दिखाया है कि दिशा वेव गोज़ आपको कुछ बताता है कि जानवर क्या करने वाला है।"

परिणाम कॉर्टिकल फ़ंक्शन को देखने का एक नया तरीका प्रदान करते हैं। "यह दिखाता है कि अंतरिक्ष मायने रखता है," हत्सोपोलोस ने कहा। "केवल यह देखने के बजाय कि न्यूरॉन्स की आबादी क्या करती है और उसकी देखभाल करती है, हम देख रहे हैं कि स्थानिक रूप से संगठित पैटर्निंग है जो जानकारी लेती है। यह चीजों के बारे में सोचने का एक बहुत अलग तरीका है।"

अनुसंधान इस तथ्य के कारण चुनौतीपूर्ण था कि वे दोहराए गए परीक्षणों पर रिकॉर्डिंग के औसत के बजाय व्यक्तिगत आंदोलनों से गतिविधि के पैटर्न का अध्ययन कर रहे थे, जो काफी शोर हो सकता है। महत्वपूर्ण जानकारी खोए बिना रिकॉर्ड किए जा रहे संकेतों पर स्पष्टता प्रदान करने के लिए टीम डेटा की सफाई के लिए एक कम्प्यूटेशनल विधि विकसित करने में सक्षम थी।

हत्सोपोलोस ने कहा, "यदि आप परीक्षणों में औसत हैं, तो आप जानकारी खो देते हैं।" "अगर हम इस सिस्टम को ब्रेन-मशीन इंटरफेस के हिस्से के रूप में लागू करना चाहते हैं, तो हम औसत परीक्षण नहीं कर सकते हैं - सिस्टम प्रभावी ढंग से काम करने के लिए, आपके डिकोडर को फ्लाई पर करना पड़ता है, क्योंकि आंदोलन हो रहा है।"

यह जानकर कि इन तरंगों में गति के बारे में जानकारी होती है, यह समझने के एक नए आयाम का द्वार खोलती है कि मस्तिष्क शरीर को कैसे स्थानांतरित करता है, जो बदले में कम्प्यूटेशनल सिस्टम के लिए अतिरिक्त जानकारी प्रदान कर सकता है जो भविष्य के मस्तिष्क-मशीन इंटरफेस को चलाएगा।

हत्सोपोलोस ने कहा, "स्थानिक आयाम को अब तक अधिकतर अनदेखा कर दिया गया है, लेकिन यह एक नया कोण है जिसका उपयोग हम कॉर्टिकल फ़ंक्शन को समझने के लिए कर सकते हैं।" "जब हम कॉर्टेक्स कर रहे कंप्यूटेशंस को समझने की कोशिश करते हैं, तो हमें विचार करना चाहिए कि न्यूरॉन्स स्थानिक रूप से कैसे रखे जाते हैं।"

भविष्य के अध्ययन इस बात की जांच करेंगे कि समान तरंग पैटर्न अधिक जटिल आंदोलनों में देखा जाता है, जैसे अनुक्रमिक आंदोलनों के रूप में सरल बिंदु से बिंदु तक पहुंचने के विपरीत, और मस्तिष्क की लहर जैसी विद्युत उत्तेजना बंदर के आंदोलन को पूर्वाग्रह कर सकती है या नहीं।

अध्ययन, "मकाक मोटर कॉर्टेक्स में स्पोटियोटेम्पोरल गतिविधि पैटर्न का प्रसार किनेमैटिक जानकारी रखता है," राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान द्वारा समर्थित था। अतिरिक्त लेखकों में शिकागो विश्वविद्यालय के कार्तिकेयन बालासुब्रमण्यन और वासिलियोस पापादौराकिस शामिल हैं। (एएनआई)