Stephanie Jones 教授と Christopher Moore 教授は、脳がベータリズムを生み出す仕組みについて新しい説明をもたらす実験の主要な共同研究者でした。 このような状況下において、「私たちは、このような状況下において、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、どのような方法で、そのような方法で、そのようにそのようにそのようになったのか？ 科学者たちは、この自発的な波がどのように発生するのかについて議論してきましたが、この波が単なる活動の副産物なのか、それとも脳機能において因果的な役割を果たしているのかは、まだわかっていません。 米国科学アカデミー紀要』に発表されたこの新しい理論は、ヒト被験者による脳波の外部測定、高度な計算シミュレーション、2つの哺乳類モデル生物による詳細な電気記録といった、複数の証拠から生み出されたものです。
波を作る
研究チームはまず、外部脳波センサーを使って、触覚を処理するヒト体性感覚皮質と高い認知に関連する下前頭皮質でベータ波を観察しました。
ベータ波を詳細に分析したところ、ベータ波は最大でも150ミリ秒しか続かず、波の中央に大きく急な谷がある特徴的な波形であることがわかりました。 研究チームは、異なる層にまたがる複数の種類の細胞を含む多層皮質柱からなる皮質回路のコンピューターモデルを使って、波の再現を試みた。 重要なのは、このモデルが、人間のMEG記録を支配していると考えられている錐体細胞と呼ばれる細胞型を含むように設計されていることである。
一方、研究チームは、ベータ波がどのように出現するかについて他の仮説のモデル化を試みたが、それらは成功しなかったことを発見した。 研究チームは、マウスとアカゲザルの大脳皮質における測定値を分析し、この種の刺激と反応が、動物モデルの皮質層全体に起こることを直接確認しました」
「モデル予測の究極のテストは、脳内の電気信号を記録することです」と、ジョーンズは述べています。 「これらの記録は、私たちのモデル予測をサポートしました」
Beta in the brain
コンピューター モデルも測定も、ベータ波を生成する錐体細胞を駆動する興奮性シナプス刺激の源を追跡しませんでしたが、ジョーンズとその共同研究者は、おそらく脳のより深いところにある視床から来るだろうと推測しています。 視床からの突起は、大脳皮質の錐体細胞の樹状突起の適切な位置に信号を届けるのに必要な、まさに適切な位置にあるのだ。 視床はまた、彼らの理論が予測するように、50ミリ秒続く活動のバーストを発信することが知られています。
研究者らは、波がどのように出現するかについての新しい生物物理学的理論をもって、ベータリズムが行動や病気に影響を与えるのか、それとも単に反映するのかを調査できるようになることを期待しています。 ジョーンズのチームは、ブラウン大学の神経科学クリストファー・ムーア教授と共同で、ベータが脳内の感覚や運動情報処理機能を低下させるかもしれないという理論からの予測を現在検証しています。 新しい仮説としては、ベータを生み出す入力は、大脳皮質の最上層の抑制性ニューロンも刺激するのではないか、あるいは、錐体ニューロンの活動を飽和させて、情報処理能力を低下させるのではないか、ベータを生み出す視床バーストは、視床を占領して大脳皮質に情報が伝わらなくなるのではないか、などが考えられる。
これを解明することは、ベータを操作することに基づく新しい治療法につながる可能性があると、ジョーンズは述べています。「神経科学研究の活発で成長中の分野は、刺激技術によって最適な機能のために脳のリズムを操作しようとしています」と、彼女は述べました。 「我々は、ベータの神経起源に関する我々の新しい発見が、感覚運動病理の機能改善のために、ベータ、そしておそらく他のリズムを操作する研究の指針となることを願っています」
この研究の主執筆者は、ブラウン大学の学生、マックスウェル・シャーマン氏です。 他の著者は、Shane Lee氏、Robert Law氏、Saskia Haegens氏、Catherine Thorn氏、Matti Hamalainen氏、Moore氏です。
全米科学財団（助成：CRCNS-1131850）および国立衛生研究所（助成：MH106174、MH060358、5T32MH019118-23）から研究助成を受けています。