Ultraschall, der auf menschliches gehirn gerichtet ist, verbessert die sensorische wahrnehmung


Ultraschall, der auf menschliches gehirn gerichtet ist, verbessert die sensorische wahrnehmung

Neue Untersuchungen zur Kartierung der Konnektivität des Gehirns haben gezeigt, dass kontrollierte Ultraschalluntersuchungen die sensorische Wahrnehmung bei Testpersonen verbessern können.

Ultraschall - Echo von akustischen Frequenzen, die für das menschliche Ohr nicht nachweisbar sind - ist bereits ein gemeinsames Leitfaden für einige Tiere, einschließlich Fledermäuse und Wale. Bereits 1929 hatten Experimente gezeigt, dass Ultraschall die Nerven, Muskeln und Augen von Fröschen und Schildkröten beeinflusst hat.

Nachfolgende Studien mit Katzen, Mäusen, Ratten, Kaninchen und Affen zeigten auch, dass die kontrollierte Exposition gegenüber Ultraschall Anfälle stören oder andere kontrollierte Veränderungen der Gehirnfunktion verursachen könnte.

Aber diese neue Studie, die von Wissenschaftlern am Virigina Tech Carilion Research Institute durchgeführt und in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Natur Neurowissenschaften , Ist der erste, der zeigt, dass fokussierte, low-intensity Ultraschall eine positive, messbare Wirkung auf die menschliche Gehirnfunktion haben kann.

Die Forscher konzentrierten sich auf einen akustischen Ultraschallstrahl im Bereich der Hirnrinde, der für die Verarbeitung von sensorischen Informationen aus der Hand bei menschlichen Freiwilligen verantwortlich war. Die Wissenschaftler stimulierten dann den Hauptnerv, der durch den Arm fuhr, indem er eine Elektrode auf die Handgelenke der Freiwilligen legte.

Die Reaktionen im Gehirn der Freiwilligen wurden unter Verwendung von Elektroenzephalographie (EEG) gemessen, und es wurden zwei traditionelle neurologische Tests verwendet, um festzustellen, wie genau die Probanden zwischen den Empfindungen von Stiften oder Hauch von Luft, die die Haut berührten, unterscheiden konnten.

Überraschende Erkenntnisse

Bei der Betrachtung der EEG-Ergebnisse von Probanden, die Ultraschall erhielten, stellten die Forscher fest, dass es eine verminderte Aktivität von den Gehirnwellen im Zusammenhang mit der Interpretation berührte. Aber die Ergebnisse der Tests, die die Sensation messen, überraschten die Wissenschaftler - die Leistung der Freiwilligen, die dem Ultraschall ausgesetzt waren, war deutlich gestiegen.

Diese Ergebnisse scheinen wie ein Paradoxon - wie konnten die Freiwilligen die Unterschiede in den taktilen Empfindungen genauer erkennen, wenn die Gehirnwellen, die für die Entschlüsselung dieser Empfindungen verantwortlich waren, geschwächt worden waren?

Assistent Professor William "Jamie" Tyler, dessen Team die Studie durchgeführt hat, sagt:

Wir vermuten, dass die besondere Ultraschallwellenform, die wir in der Studie verwendeten, das Gleichgewicht der synaptischen Hemmung und Erregung zwischen benachbarten Neuronen innerhalb der Hirnrinde verändert

Wir glauben, dass konzentrierte Ultraschall das Gleichgewicht der anhaltenden Erregung und Hemmung der Verarbeitung sensorischen Reize in der Gehirnregion gezielt verändert und dass diese Verschiebung verhinderte die räumliche Ausbreitung der Anregung in Reaktion auf Stimuli, was zu einer funktionalen Verbesserung der Wahrnehmung."

Das Bewegen des Strahls sogar einen Zentimeter weg von der ursprünglichen gezielten Gehirnregion verursachte die Wirkung, aufzuhören. Dies bedeutet, dass der Ultraschallstrahl für die Wissenschaftler genau genug war, um bestimmte Bereiche des Gehirns eines Patienten zu lokalisieren und zu "zwicken", ohne benachbarte neuronale Schaltkreise zu beeinflussen.

Vielversprechende Implikationen für die Neurologie

Die Forscher analysierten die Ergebnisse von 12 Freiwilligen, die sowohl korrekt verwalteten als auch "Schein" Ultraschall ausgesetzt waren (wo die Ausrüstung, die verwendet wurde, um den akustischen Strahl zu liefern, umgedreht wurde, um zu verhindern, dass die Ultraschallenergie an die Köpfe der Freiwilligen übertragen wurde).

Obwohl die Wissenschaftler, die den Ultraschallstrahl liefern, wussten, welche Freiwilligen den "echten" und "Schein" Ultraschall erhielten, war der Forscher, der die Ergebnisse verarbeitete, nicht, um irgendwelche Vorurteile im Ergebnis zu verhindern.

Die verbesserte sensorische Funktion bei den Freiwilligen ist bedeutsam, denn wie Tyler sagt: "In der Neurowissenschaft ist es leicht, die Dinge zu stören, wir können dich ablenken, dich dazu bringen, dich zu betäuben, dich mit optischen Illusionen zu betrügen, es ist einfach, die Dinge noch schlimmer zu machen Es ist schwer, sie besser zu machen. Diese Ergebnisse lassen uns glauben, dass wir auf dem richtigen Weg sind."

In der Lage, präzise tweak verschiedene neuronale Schaltungen ohne Chirurgie ermöglicht es Wissenschaftlern, genauer Karte neuronale Schaltungen und helfen uns zu verstehen, wie unsere Gehirne arbeiten. Dies könnte bei der Entwicklung von Behandlungen für neurologische Erkrankungen wie Alzheimer helfen.

Ultraschall ist auch sicher. Obwohl Ultraschall mechanisch arbeitet, indem man auf zelluläre Membranen drückt, kann er bei geringer Intensität durch einen menschlichen Schädel fokussiert werden, ohne das Hirngewebe zu beschädigen.

Obwohl die Ergebnisse der Studie nicht bedeuten, dass Ultraschall uns die radarähnlichen Sinne von Fledermäusen oder Walen geben wird, haben sie vielversprechende Implikationen für die Neurologie.

Die Wissenschaftler sind bereits in der Lage, die Gehirnfunktion bei menschlichen Patienten unter Verwendung von Magneten (transkranielle Magnetstimulation) oder durch die Verabreichung von schwachen elektrischen Strömen (transkranielle Gleichstromstimulation) zu modulieren, aber Ultraschall kann potentiell viel genauere Ergebnisse liefern.

"Die Arbeit von Jamie Tyler und seinen Kollegen steht an der Spitze des kommenden Tsunami, um neue, sichere und dennoch effektive, nicht invasive Wege zu entwickeln, um den Informationsfluss in zellularen Kreisen im lebenden menschlichen Gehirn zu modulieren", sagt der Exekutivdirektor des Instituts, Michael Friedlander

"Es bewaffnet die neurowissenschaftliche Gemeinschaft mit einem mächtigen neuen Werkzeug, um die Funktion des gesunden menschlichen Gehirns zu erforschen und uns dabei zu helfen, Kognition, Entscheidungsfindung und Gedanken zu verstehen", fügt er hinzu.

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