Brug hairlike mikroelektroder og computer analyse, synæstesi på Duke University Medical Center har vist, at de kan se den detaljerede instant-til-Instant elektriske "brainscape" af neurale aktivitet på tværs af en levende hjerne.
I deres studie på rotter, viste de, at de kunne skelne i hidtil uset detalje mønstrene for hjernens aktivitet - herunder flygtige forandringer i kommunikationen mellem hjernens strukturer - i vågne dyr, da de falder søvn, og da de overgang mellem de forskellige søvn faser.
Undersøgelsen er vigtig, ikke kun for sin indsigt i søvn processen, men fordi neurobiologer har stærke beviser for, at hukommelsen konsolidering sker under søvnen, siger forskerne.
Mere generelt, de mener, at deres nye analytiske teknik vil gøre det muligt for en hidtil uset indsigt i funktion af både sund hjerne, og dem ramte med neurologiske sygdomme. En sådan indsigt kan føre til ny forståelse og behandling, hvis sygdomme, herunder epilepsi, Alzheimers sygdom og skizofreni, sagde de.
Anført af neurobiolog Dr. Miguel Nicolelis, MD, Ph.D., forskerne offentliggjort deres resultater i December 8, 2004, Journal of Neuroscience. Nicolelis er professor i neurobiologi og co-leder af Duke 's Center for Neuroengineering. Andre medforfattere var Damien Gervasoni, Shih-Chieh Lin, Sidarta Ribeiro, Ernesto Soares og Janaina Pantoja. Undersøgelsen blev sponsoreret af National Institutes of Health.
I deres studier, implanteret Nicolelis og hans kolleger mikroelektroder, mindre end diameteren på et menneskehår, i regioner af hjernen er ansvarlig for en række funktioner - herunder sensorisk forarbejdning, motorik og hukommelse dannelse. Derefter indspillede og analyseret de elektriske signaler fra de rotter, som dyrene gik gennem flere dage af søvn-vågne cykling. Deres analyse kunne afsløre aktivitet mønstre, der er markeret vågne, dybe "slow wave" sleep og de såkaldte "rapid-eye movement" søvn.
Vigtigere er det, sagde Nicolelis, deres analyse kunne skelne de flygtige forandringer i hjernen som dyrene skiftet fra en dvaletilstand fra den anden.
"Vi kan faktisk forudsige sådanne ændringer, fordi i det øjeblik, disse forskellige strukturer brand sammen for et par hundrede millisekunder til at skabe en synkron mønster af fyring, der er en underskrift på ændringen fra den tidligere tilstand til den næste," sagde Nicolelis. Et millisekund er en tusindedel af et sekund.
"Det er næsten som to computere at udveksle oplysninger via et modem, og de får synkroniseret i processen," sagde han.
"Vores analyse viste betydelig funktionel indsigt i søvn," sagde Nicolelis. "For eksempel fandt vi, at der kun er få fysiologisk mulige overgange fra stat til stat - ligesom i kemi, der kun er visse kemiske reaktioner, der er mulige." For eksempel, sagde han, de data, der adskiller den undvigende overgang kaldte "mellemliggende sleep" mellem slow wave sleep og hurtig-eye-movement søvn.