Ritmurile alfa și theta

Oscilațiile de interval mediu includ undele theta și alfa. Ritmurile alfa de 8 până la 12 Hz au fost observate pentru prima dată deasupra cortexului occipital atunci când subiecții umani erau relaxați sau își închideau ochii. Cu toate acestea, se știe acum că ritmurile alfa și theta (4-7 Hz) sunt implicate în multe sarcini diferite de trezire în multe părți ale creierului. În multe cazuri, aceste unde de aproape 10 Hz par să coordoneze oscilații mai rapide. Într-un sens foarte larg, undele de aproape 10 Hz pot funcționa ca un „ceas de sistem” generalizat pentru multe părți ale creierului. De exemplu, se știe că undele theta facilitează codificarea amintirilor episodice temporare în memoria episodică pe termen lung. În cortexul motor, s-a raportat că ritmurile de tip alfa sunt implicate în inhibarea acțiunilor planificate. În lobul frontal, undele de tip alfa sunt implicate în stocarea memoriei momentane, iar unii cercetători consideră că atât sincronia, cât și desincronia undelor alfa pot juca un rol în procesele cognitive. Chiar și granița dintre theta și alfa nu este neapărat clară, iar unii cercetători consideră că aceste unde nu sunt neapărat stabile în intervalul lor convențional.

Perioadele științifice de descoperiri rapide par adesea confuze până când se așează într-un anumit model stabil de dovezi. Deoarece știința empirică este imprevizibilă, nu știm în acest moment dacă spectrul undelor cerebrale va fi împărțit în mod clar în intervale de frecvență sau dacă diferite locații ale creierului se vor dovedi a avea oscilații destul de diferite.

Există totuși un acord rezonabil că oscilațiile alfa/theta de lângă 10 Hz interacționează cu oscilații mai rapide. O propunere este că undele cerebrale se aseamănă cu spectrul radio, „frecvențele purtătoare” fiind modulate (prin amplitudine, ca în cazul radioului AM), sau prin frecvență (FM). În cazul undelor radio, stațiile de emisie generează radiații electromagnetice la frecvențe de acord specifice (așa cum puteți vedea pe cadranul AM sau FM). Receptoarele radio pot fi acordate pe principalele frecvențe. Deoarece vorbirea și muzica implică oscilații mai rapide, acestea sunt „purtate” de frecvențele de acordaj standard.

În cazul creierului, se crede că undele theta funcționează uneori ca unde purtătoare și că neuronii individuali își pot acorda propriile modele de ardere în raport cu unele unde theta răspândite (Canolty et al., 2006). Deoarece acestea sunt probleme deschise la frontierele științei, pur și simplu nu știm cu exactitate cum se vor stabili pe termen lung.

Nu există în prezent un acord cu privire la gama de oscilații mai rapide, adesea numite beta și gamma. Au fost raportate ritmuri funcționale de până la 200 Hz și chiar (pentru scurt timp) 600 Hz. Deoarece apar constant noi descoperiri, are mai mult sens să descriem trei intervale de frecvență (vezi figura 8.1). Oscilațiile din intervalul mediu includ alfa și theta clasice, aproape de 10 Hz. Ritmul noilor descoperiri este acum atât de rapid încât ne putem aștepta să vedem o clarificare mult mai mare a acestor aspecte.

Acum a fost observată o gamă de frecvențe pentru procesarea senzorială, intensificarea atențională a intrărilor senzoriale și atât pentru memoria de lucru, cât și pentru memoria pe termen lung. Sincronia este atât naturală, cât și utilă pentru semnalizare într-un sistem oscilator precum creierul. Uneori, sincronia perfectă nu poate fi atinsă, astfel încât există un scurt decalaj de timp între vârful undei într-un loc (cum ar fi hipocampul) și un alt loc (cum ar fi lobul frontal). În aceste cazuri, termenul mai potrivit este cel de blocare a fazei sau coerență de fază, un pic ca un ritm sincopat „off-beat” în muzică. Este sincronie cu un decalaj de timp.

Neuronii individuali au un timp de integrare temporală de aproximativ 10 ms, perioada în care intrările dendritice se pot aduna pentru a crește probabilitatea unui singur vârf de ieșire axonală (vezi capitolul 3). Un grup de neuroni interconectați își pot întări reciproc ratele de declanșare între 30 și 100 Hz prin furnizarea de intrări sinaptice în fereastra de 10 ms. Dacă doi neuroni excitatori își transmit reciproc semnale la o rată de 50 Hz, de exemplu, este posibil să se mențină o buclă de feedback excitator, deoarece semnalele convergente pot sosi în perioada critică de 10 ms. Cu toate acestea, este posibil ca ratele de ardere neuronale sub 30 Hz să nu fie integrate de către neuronii țintă, deoarece diferitele vârfuri pot sosi prea târziu pentru a avea efecte adiționale. Prin urmare, se crede că un grup de neuroni care trag în intervalul beta-gamma va exercita un impuls mai puternic asupra neuronilor din aval decât frecvențele mai mici. Evident, rețelele cerebrale reale sunt mai complexe și au atât elemente inhibitorii, cât și excitatorii. Cu toate acestea, aceste puncte de bază se aplică neuronilor în general și au obținut o bună parte din sprijinul empiric direct.

Transmisia radio are unele asemănări cu sincronia oscilatorie din creier. Existența radioului AM și FM sugerează cel puțin două moduri în care ritmurile cerebrale pot procesa informații în creier. Dar există mult mai multe scheme de codificare. Ritmurile cerebrale ar putea servi drept ceasuri, iar acestea pot folosi impulsuri unice sau o serie de impulsuri, precum codul Morse. Neuroni diferiți pot folosi semnalele în moduri diferite, poate în combinație cu molecule și sinapse diferite.

Televiziunea este un exemplu de cod spațio-temporal, în care semnalul difuzat parcurge fiecare linie a ecranului de sus în jos. Ecranele computerelor utilizează un cod spațiotemporal similar. Ritmurile cerebrale sunt, de asemenea, susceptibile de a coordona hărțile visuotopice, hărțile somatotopice și hărțile motorii. După cum am menționat, creierul este bogat în hărți topografice, care reprezintă rețele de intrări senzoriale sau hărți neuromusculare la diferite niveluri de abstractizare (vezi capitolul 5).

Evoluția a exploatat proprietățile ritmice ale neuronilor de-a lungul a sute de milioane de ani. Din acest motiv, nu ar trebui să ne așteptăm să găsim doar un singur cod neuronal. Ceea ce știm este că ritmurile cerebrale sunt foarte răspândite și că ele sunt asociate cu funcții cunoscute.

În cele din urmă, undele pot, de asemenea, să interfereze între ele. Când plasați un receptor radio lângă un computer, veți auzi o explozie de zgomot ori de câte ori apăsați tastatura. Acest lucru se datorează faptului că fiecare apăsare de tastă declanșează un semnal electromagnetic care radiază în spațiul înconjurător. Interferența undelor este un fenomen fundamental în fizica radiațiilor. Interferența poate avea utilizări importante în creier, dar ar putea, de asemenea, să degradeze procesarea informațiilor neuronale. Abia acum începem să înțelegem rolul ritmurilor cerebrale, dar este probabil ca interferența undelor să se dovedească a avea și ea efecte.