健康

新しいフレームワークは脳波と個人の認知状態を結びつける

クレジット: Pixabay/CC0 パブリック ドメイン 人間の脳の複雑さ（100 兆を超える接続を持つ 860 億個の強力なニューロン）により、抽象的思考、言語習得、高度な推論と問題解決、創造性と社会的交流の能力が可能になります。脳の信号伝達とダイナミクスの違いがどのように個人に特有の認知と行動を生み出すのかを理解することは、長年にわたる神経科学研究の目標でしたが、多くの現象はまだ説明されていません。 セントルイスのワシントン大学の神経科学者とエンジニアによる研究では、個人の神経力学への洞察を提供するパーソナライズされた脳モデルを作成する新しい方法でこの知識のギャップに対処しています。マッケルベイ工学部プレストン・M・グリーン電気・システム工学部准教授のShiNung Ching氏と芸術科学部心理・脳科学部教授のトッド・ブレイバー氏が主導したこの研究は、1月に出版された。 17インチ PNASでは、研究者が非侵襲的で時間分解能の高い脳スキャンからの詳細なデータに基づいて個別の脳モデルを作成できるようにする新しいフレームワークを導入しています。このようなパーソナライズされたモデルは研究や臨床現場で応用でき、神経科学の進歩や神経学的症状の治療をサポートできる可能性があります。 「この研究は、脳のダイナミクスの個人間の変動を理解する必要性によって動機付けられています」と筆頭著者のマシュー・シン氏は述べた。彼はウォッシュ大学のブレイバー氏とチン氏の博士研究員時代にこの研究を実施し、現在は同大学の助教授である。イリノイ州アーバナ・シャンペーン出身。 「私たちは、地球で働いている生物物理学的メカニズムの全容を説明しているわけではありません。 人間の脳しかし、新しいモデリング フレームワークを使用することで、健康な人の脳のダイナミクスが異なる理由を明らかにすることができ、脳の仕組みについての洞察と脳現象の検証可能な予測が得られます。」 同チームの技術の主な利点は、アルファ波とベータ波の生成における個人差を確認し、それらを脳内の全体的な変化と結び付けることができることだ。これら 2 種類の脳波は、異なる電気周波数によって特徴付けられ、異なる認知状態と機能に関連付けられます。たとえば、アルファ波は瞑想などのリラックスした状態と関連しており、ベータ波は意思決定や問題解決などの注意力のある活動的な状態と関連しています。ピーク周波数の変動 アルファ波 伝統的に、脳と行動の個人差の信頼できる尺度として使われてきました。 この研究は、アルファ周波数振動とベータ周波数振動の違いを、興奮性ニューロン（信号を発火させて他のニューロンに伝達することで活動を促進するニューロン）と抑制性ニューロン（他のニューロンに信号を伝達しないように指示することで活動を調節するニューロン）間のバランスの脳全体の変動と関連付けている。発砲する。研究者らは、全体的な個別のアルファおよびベータパターンを再現し、将来の脳全体の活動を正確に予測できることを示すことで、パーソナライズされたモデルを検証し、そのフレームワークの説明力を検証しました。 「この新しい技術は、脳活動の非侵襲的測定に基づいて、個人の脳のダイナミクスの根底にあるメカニズムを探索するための強力なツールを提供します」とチン氏は述べた。 「これにより、高度な神経科学を進歩させ、将来の脳活動を予測できる個人向けの精密な脳モデルを作成し、その知識を利用して個別化された医療介入を行うことが可能になります。」 「私たちのモデルの継続的なコラボレーション、拡張、改良が、このプロジェクトの次のステップの重要な部分になるでしょう」とブレイバー氏は付け加えた。 「私たちの革新的なアプローチは、脳のダイナミクスの個人差がどのように認知機能の違いをもたらすかについて新たな洞察を提供する可能性を秘めています。私たちは、このフレームワークが最終的には神経刺激などの認知機能を強化する新しい方法にも役立つことを期待しています。」 詳細情報: Matthew F. Singh et al、皮質ダイナミクスの高精度データ駆動モデリングにより、脳電気生理学を支える個人固有のメカニズムが明らかになりました。 米国科学アカデミーの議事録 (2025年)。 DOI: 10.1073/pnas.2409577121 提供元 セントルイスのワシントン大学…