L'Ultrasuono può modulare l'attività di cervello per intensificare la percezione sensoriale in esseri umani

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

Le Balene, i pipistrelli e perfino pregare i mantises usano l'ultrasuono come sistema di guida sensoriale - ed ora un nuovo studio ha trovato che l'ultrasuono può modulare l'attività di cervello per intensificare la percezione sensoriale in esseri umani.

Gli scienziati dell'Istituto Di Ricerca Di Carilion di Tecnologia della Virginia hanno dimostrato che l'ultrasuono diretto verso una regione specifica del cervello può amplificare la prestazione nella distinzione sensitiva. Lo studio, pubblicato il 12 gennaio online in Neuroscienza della Natura, fornisce la prima dimostrazione che l'basso intensità, ultrasuono transcranial-messo a fuoco può modulare l'attività di cervello umano per migliorare la percezione.

“L'Ultrasuono ha grande potenziale per portare la risoluzione senza precedenti alla tendenza crescente di mappatura della connettività del cervello umano,„ ha detto William “Jamie„ Tyler, un assistente universitario all'Istituto Di Ricerca Di Carilion di Tecnologia della Virginia, che piombo lo studio. “Così abbiamo deciso di esaminare gli effetti dell'ultrasuono sulla regione del cervello responsabile dell'elaborare gli input sensoriali tattili.„

Gli scienziati hanno consegnato l'ultrasuono messo a fuoco ad un'area della corteccia cerebrale che elabora le informazioni sensitive ricevute dalla mano. Per stimolare il nervo mediano - un nervo importante che funziona giù il braccio e quello solo che attraversa il tunnel carpale - hanno collocato un piccolo elettrodo sulla manopola dei volontari umani ed hanno registrato le loro risposte del cervello facendo uso dell'elettroencefalografia, o l'ELETTROENCEFALOGRAMMA. Poi, appena prima la stimolazione del nervo, hanno cominciato a consegnare l'ultrasuono alla regione mirata a del cervello.

Gli scienziati hanno trovato che l'ultrasuono sia ha fatto diminuire il segnale di ELETTROENCEFALOGRAMMA che hanno indebolito le onde cerebrali responsabili della codifica dello stimolo tattile.

Gli scienziati poi hanno amministrato due prove neurologiche classiche: la prova due punti di distinzione, che misura la capacità di un oggetto di distinguere se due oggetti vicini che toccano l'interfaccia sono vero due punti distinti, piuttosto che uno; ed il compito di distinzione di frequenza, una prova che misura la sensibilità alla frequenza di una catena dei soffi dell'aria.

Che Cosa gli scienziati hanno trovato era inatteso.

Gli oggetti che ricevono l'ultrasuono hanno mostrato che i miglioramenti significativi nella loro capacità di distinguere i perni alle distanze più vicine e di discriminare le piccole differenze di frequenza fra aria successiva soffia.

“Le Nostre osservazioni ci hanno sorpresi,„ ha detto Tyler. “Anche se le onde cerebrali connesse con lo stimolo tattile si erano indebolite, la gente realmente migliorata ad individuare le differenze nelle sensazioni.„

Perché la soppressione delle risposte del cervello a stimolo sensitivo intensificherebbe la percezione? Tyler specula che l'ultrasuono ha pregiudicato un bilanciamento neurologico importante.

“Sembra paradossale, ma sospettiamo che la forma d'onda che particolare di ultrasuono abbiamo utilizzato nello studio altera il bilanciamento di inibizione sinaptica ed eccitazione fra i neuroni vicini all'interno della corteccia cerebrale,„ Tyler ha detto. “Crediamo che l'ultrasuono messo a fuoco abbia cambiato il bilanciamento dell'eccitazione in corso e l'inibizione che elabora gli stimoli sensoriali nella regione del cervello mirata a e che questo spostamento ha impedito la diffusione spaziale dell'eccitazione in risposta agli stimoli con conseguente miglioramento funzionale nella percezione.„

Per capire come potrebbero segnare l'effetto con esattezza, il gruppo di ricerca ha mosso il raggio acustico di un centimetro in qualsiasi direzione del sito originale di stimolo del cervello - e l'effetto è scomparso.

“Quel mezzi possiamo usare l'ultrasuono per mirare ad un'area del cervello piccolo quanto la dimensione di un M&M,„ Tyler ha detto. “Questo che trova rappresenta un nuovo modo non invadente di modulazione dell'attività di cervello umano con una migliore risoluzione spaziale che qualche cosa attualmente disponibile.„

Sulla Base dei risultati dello studio corrente e più iniziale, i ricercatori hanno concluso che l'ultrasuono ha una maggior risoluzione spaziale che altre due tecnologie non invadenti principali di stimolo del cervello - stimolo magnetico transcranial, che utilizza i magneti per attivare il cervello e stimolo a corrente continua transcranial, che usa le correnti elettriche deboli consegnate direttamente al cervello tramite gli elettrodi collocati sulla testa.

“Guadagnando una migliore comprensione di come l'ultrasuono pulsato pregiudica il bilanciamento di inibizione sinaptica e l'eccitazione nelle regioni mirate a del cervello - come pure di come influenza l'attività dei circuiti locali contro le connessioni a lungo raggio - ci aiuterà a fare le mappe più precise dei circuiti sinaptici pienamente collegati nel cervello umano,„ ha detto Wynn Legon, autore dello studio il primo e uno studioso postdottorale all'Istituto Di Ricerca Di Carilion di Tecnologia della Virginia. “Speriamo di continuare ad estendere le capacità dell'ultrasuono per non invadente tweaking i circuiti del cervello per aiutarci a capire come gli impianti di cervello umano.„

“Il lavoro da Jamie Tyler ed i suoi colleghi è alla prima linea del tsunami venente di sviluppare la nuova cassaforte eppure gli efficaci modi non invadenti modulare il flusso di informazione in circuiti cellulari all'interno del cervello umano vivente,„ ha detto Michael Friedlander, direttore esecutivo dell'Istituto Di Ricerca Di Carilion di Tecnologia della Virginia e di un neuroscenziato che si specializza nella plasticità del cervello. “Questo approccio sta fornendo la tecnologia e la prova del principio per l'attivazione precisa dei circuiti neurali per un intervallo di importante usa, compreso i trattamenti potenziali per i disordini neurodegenerative, le malattie psichiatriche ed i disordini comportamentistici. Inoltre, arma la comunità neuroscientific con un nuovo strumento potente per esplorare la funzione del cervello umano sano, aiutante ci capisce la cognizione, il processo decisionale ed il pensiero. Ciò è appena il tipo di innovazione richiesto in Iniziativa di BRAIN di Presidente Obama per permettere ai nuovi approcci drammatici per l'esplorazione dei circuiti funzionali del cervello umano vivente e per il trattamento il Morbo di Alzheimer e degli altri disordini.„

Un gruppo degli scienziati dell'Istituto Di Ricerca Di Carilion di Tecnologia della Virginia - compreso Tomokazu Sato, Alexander Opitz, Aaron Barbour ed Amanda Williams, con il dottorando Jerel Mueller di Tecnologia della Virginia di Raleigh, N.C. - Tyler unito e Legon nella conduzione della ricerca.

Oltre alla sua posizione all'istituto, Tyler è un assistente universitario di assistenza tecnica biomedica e di scienze al Banco dell'Università della Foresta di Tecnologia-Risveglio della Virginia di Assistenza Tecnica Biomedica e di Scienze. Nel 2012, ha diviso un Premio dell'Innovazione Tecnologica dalla Dotazione di McKnight affinchè la Neuroscienza lavori all'ultrasuono di sviluppo come strumento non invadente per la modulazione dell'attività di cervello.

“In neuroscienza, è facile da interrompere le cose,„ ha detto Tyler. “Possiamo distrarrvi, vi incitiamo a ritenere intorpidito, vi inganniamo con le illusioni ottiche. È cose facili da fare peggio, ma è duro renderle migliori. Questi risultati ci incitano a crederci sono sul percorso giusto.„

Sorgente: Tecnologia della Virginia

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