L'Ultrason peut moduler l'activité cérébrale pour intensifier la perception sensorielle chez l'homme

Published on January 13, 2014 at 2:01 PM · No Comments

Les Baleines, les "bat", et même les mantises de prière utilisent l'ultrason comme système d'orientation sensoriel - et maintenant une étude neuve a constaté que l'ultrason peut moduler l'activité cérébrale pour intensifier la perception sensorielle chez l'homme.

Les scientifiques d'Institut de Recherches de Carilion de Tech de la Virginie ont expliqué que l'ultrason dirigé vers une région particulière du cerveau peut amplifier la performance dans la discrimination sensorielle. L'étude, publiée le 12 janvier en ligne en Neurologie de Nature, fournit la première démonstration que la faible-intensité, ultrason transcranien-orienté peut moduler l'activité d'esprit humain pour augmenter la perception.

Le « Ultrason a le potentiel grand pour porter la définition sans précédent à la tendance croissante de tracer la connectivité de l'esprit humain, » a dit William « Jamie » Tyler, un professeur adjoint à l'Institut de Recherches de Carilion de Tech de la Virginie, qui a abouti l'étude. « Ainsi nous avons décidé de regarder les effets de l'ultrason sur la région du cerveau responsable de traiter les puissances d'entrée sensorielles tactiles. »

Les scientifiques ont fourni l'ultrason orienté à une zone du cortex cérébral qui traite l'information sensorielle reçue de la main. Pour stimuler le nerf médian - un nerf important qui fonctionne en bas du bras et le seul qui traversent le canal carpien - ils ont mis une petite électrode sur le poignet des volontaires humains et ont enregistré leurs réactions de cerveau utilisant l'électroencéphalographie, ou EEG. Puis, juste avant stimuler le nerf, ils ont commencé à fournir l'ultrason à la région du cerveau visée.

Les scientifiques ont constaté que l'ultrason les deux a diminué le signe d'EEG et affaibli les ondes cérébrales responsables d'encoder la stimulation tactile.

Les scientifiques ont alors géré deux tests neurologiques classiques : le test deux point de discrimination, qui mesure la capacité d'un sujet de discerner si deux objectifs avoisinants touchant la peau sont vraiment deux remarques distinctes, plutôt qu'une ; et la tâche de discrimination de fréquence, un test qui mesure la sensibilité à la fréquence d'un réseau des feuilletés d'air.

Ce Que les scientifiques ont trouvé était inattendu.

Les sujets recevant l'ultrason ont affiché que les importantes améliorations dans leur capacité de discerner des goupilles à des distances plus proches et de distinguer de petites différences de fréquence entre l'air successif souffle.

« Nos observations nous ont étonnés, » a dit Tyler. « Quoique les ondes cérébrales associées avec la stimulation tactile ont eu affaibli, les gens sont devenus réellement meilleurs à trouver des différences dans les sensations. »

Pourquoi l'élimination des réactions de cerveau à la stimulation sensorielle intensifierait-elle la perception ? Tyler spécule que l'ultrason a affecté un reste neurologique important.

« Il semble paradoxal, mais nous soupçonnons que la forme d'onde particulière d'ultrason que nous avons utilisée dans l'étude modifie le reste de l'inhibition synaptique et excitation entre les neurones voisins dans le cortex cérébral, » Tyler a dit. « Nous croyons que l'ultrason orienté a changé le reste de l'excitation actuelle et de l'inhibition traitant les stimulus sensoriels en région du cerveau visée et que ce décalage a évité l'écart spatial de l'excitation en réponse aux stimulus ayant pour résultat une amélioration fonctionnelle dans la perception. »

Pour comprendre à quel point ils pourraient indiquer exactement l'effet, l'équipe de recherche a déménagé la poutre acoustique un centimètre dans l'un ou l'autre de sens du site initial de la stimulation de cerveau - et l'effet a disparu.

« Ce des moyens nous pouvons employer l'ultrason pour viser une région du cerveau aussi petite que la taille d'un M&M, » Tyler a dit. « Ceci qui trouve représente une voie neuve de moduler d'une façon non envahissante l'activité d'esprit humain avec une meilleure résolution spatiale que n'importe quoi actuellement disponible. »

Basé sur les découvertes de l'étude actuelle et plus précoce, les chercheurs ont conclu que l'ultrason a une résolution spatiale plus grande que deux autres principales technologies non envahissantes de stimulation de cerveau - la stimulation magnétique de transcranien, qui utilise des aimants pour lancer le cerveau, et la stimulation à courant continu de transcranien, qui utilise de faibles courants électriques fournis directement au cerveau par des électrodes mises sur la tête.

« Gagnant une meilleure compréhension de la façon dont l'ultrason pulsé affecte le reste de l'inhibition synaptique et l'excitation dans les régions du cerveau visées - ainsi que de la façon dont il influence l'activité des circuits locaux contre les connexions à longue portée - nous aidera à effectuer des plans plus précis des circuits synaptiques richement interconnectés dans l'esprit humain, » a dit Wynn Legon, auteur de l'étude le premier et un chercheur post-doctoral à l'Institut de Recherches de Carilion de Tech de la Virginie. « Nous espérons continuer à étendre les capacités de l'ultrason pour tordre d'une façon non envahissante des circuits de cerveau pour nous aider à comprendre comment les travaux d'esprit humain. »

« Le travail à côté de Jamie Tyler et ses collègues est au premier rang du prochain tsunami de développer le coffre-fort neuf pourtant les voies non envahissantes pertinentes de moduler le flux de données dans des circuits cellulaires dans l'esprit humain vivant, » a dit Michael Friedlander, directeur exécutif de l'Institut de Recherches de Carilion de Tech de la Virginie et d'un neurologiste qui se spécialise dans la plasticité de cerveau. « Cet élan fournit la technologie et l'épreuve du principe pour le lancement précis des circuits neuraux pour un domaine d'important utilise, y compris des demandes de règlement potentielles pour des troubles neurodegenerative, des maladies psychiatriques, et des troubles du comportement. D'ailleurs, elle arme la communauté neuroscientific avec un outil neuf puissant pour explorer le fonctionnement de l'esprit humain sain, nous aidant comprennent la cognition, la prise de décision, et la pensée. C'est juste le type de découverte appelé pour que dans l'Initiative de BRAIN du Président Obama active des élans neufs excessifs pour explorer les circuits fonctionnels de l'esprit humain vivant et pour traiter la Maladie d'Alzheimer et d'autres troubles. »

Une équipe des scientifiques d'Institut de Recherches de Carilion de Tech de la Virginie - comprenant Tomokazu Sato, Alexandre Opitz, Aaron Barbour, et Amanda Williams, avec l'étudiant de troisième cycle Jerel Mueller de Tech de la Virginie de Raleigh, N.C. - Tyler jointif et Legon en conduisant la recherche.

En plus de sa position à l'institut, Tyler est un professeur adjoint de génie biomédical et de sciences à l'École d'Université de Forêt de Tech-Sillage de la Virginie du Génie Biomédical et des Sciences. En 2012, il a partagé une Récompense d'Innovation Technologique de la Dotation de McKnight pour que la Neurologie travaille à l'ultrason se développant comme outil non envahissant pour moduler l'activité cérébrale.

« En neurologie, il est facile de perturber des choses, » a dit Tyler. « Nous pouvons vous distraire, vous incitons à se sentir engourdi, vous dupons avec des illusions optiques. Il est facile de rendre des choses plus mauvaises, mais il est difficile de les rendre meilleures. Ces découvertes nous incitent à nous croire sont sur le chemin droit. »

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