Кіріспе
Адамдарда 25 және 140 Гц жиіліктік диапазондағы нейрондық тербелістің үлгісі – гамма толқыны немесе гамма ритмі. Бұл 25 және 140 Гц жиіліктік диапазондағы нейрондық тербелістің үлгісі, мұнда 40 Гц нүктесі ерекше қызығушылық тудырады. Гамма ритмдері мидың кең ауқымды желілік белсенділігімен және жұмыс жады, назар, қабылдау топтастыру сияқты танымдық процестермен байланысты. Медитация немесе нейростимуляция арқылы олардың амплитудасын арттыруға болады. Гамма белсенділігінің өзгеруі Альцгеймер ауруы және шизофрения сияқты көптеген көңіл-күй және танымдық бұзылыстарында байқалған.
A gamma wave or gamma rhythm is a pattern of neural oscillation in humans with a frequency between 25 and 140 Hz, the 40 Hz point being of particular interest. Gamma rhythms are correlated with large scale brain network activity and cognitive phenomena such as working memory, attention, and perceptual grouping, and can be increased in amplitude via meditation or neurostimulation. Altered gamma activity has been observed in many mood and cognitive disorders such as Alzheimer's disease, and schizophrenia.
Ашылу
Гамма толқындарын электроэнцефалография немесе магнитоэнцефалография арқылы анықтауға болады. Гамма толқынының белсенділігі туралы ең алғашқы хабарламалардың бірі оянған маймылдардың көру қабығынан тіркелген. Кейіннен зерттеулер көру қабығындағы гамма белсенділігіне шоғырланды. Гамма белсенділігі премоторлық, париетталдық, уақытша және фронталдық қабық аймақтарында да анықталды және зерттелді. Гамма толқындары кортико-базальді ганглиялар-таламокортикальды контурға жататын нейрондардағы осцилляторлық белсенділіктің кең таралған класын құрайды. Әдетте, бұл белсенділік әртүрлі ми аймақтары арасындағы тікелей байланыстарды көрсетеді, альфа толқындарының кері байланысынан өзгеше. Гамма осцилляцияларының ояну-ұйқы циклінің барлық сатыларында, көбінесе тежегіш нейрондардың, жалғыз нейрондардың оқуымен байланысы көрсетілген. Гамма толқынының белсенділігі ең жоғары деңгейде сергек және назарлы ояну кезінде байқалады. Жергілікті бұлшықеттерді парализдеу әдістерін қолданатын зерттеулер ЭЭГ жазбаларында ЭМГ сигналы бар екенін растады және бұл сигналдарды саккада жылдамдығы сияқты жергілікті моторлық динамикамен байланыстыруға болады. ЭМГ артефактілерін азайту үшін тәуелсіз компоненттік талдау немесе кеңістіктік сүзгілеуге негізделген басқа да әдістер сияқты сигналды өңдеу және бөлудегі жетістіктер ұсынылды. 40 Гц гамма толқындары алғаш рет 1988 жылы визуалды санаға қатысты деп ұсынылды, мысалы, екі нейрон бір сыртқы объект олардың тиісті қабылдау өрістерін стимуляциялағанда синхронды түрде тербеліске түседі (бірақ олар тікелей байланыста емес). Кейінгі көптеген эксперименттер бұл құбылысты визуалды танымның кең ауқымында көрсетті. Атап айтқанда, Фрэнсис Крик пен Кристоф Кох 1990 жылы байланыс мәселесі мен визуалды сана мәселесі арасындағы маңызды байланыс бар екенін және 40 Гц-тағы синхронды осцилляциялар визуалды санада да, визуалды байланыста да себепті болуы мүмкін екенін айтты. Кейіннен осы авторлар 40 Гц осцилляциялары визуалды сананың жеткілікті шарты емес екеніне күмән келтірді. Родольфо Ллинас жүргізген бірқатар эксперименттер ояну және түс көру кезіндегі сананың негізі кортикаль мантиядағы 40 Гц осцилляциялары екенін, таламокортикальды итеративті рекурсивті белсенділік түрінде екенін көрсететін гипотезаны қолдайды. "Когерентті 40 Гц осцилляциясы адамдардағы түс күйін сипаттайды" (Родольфо Ллинас және Урс Рибари, Proc Natl Acad Sci USA 90:2078–2081, 1993) және "Түс көру және ояну" (Ллинас және Паре, 1991) атты екі мақаласында Ллинас 40 Гц-тағы белгілі бір және ерекше емес белсенділіктің бір мезгілде жинақталуы берілген кортикаль элементтердің радиалдық дендриттік осі бойымен жүзеге асырылуы мүмкін екенін болжайды, ал резонанс ми сабасымен модуляцияланады және ояну кезіндегі сезімдік кіріспен және түс көру кезіндегі ішкі белсенділікпен мазмұнымен беріледі. Llinás гипотезасына сәйкес, таламокортикальдық диалог гипотезасы ретінде танымал, 40 Гц осцилляциясы ояну және түс көру кезіндегі танымның корреляты болып табылады, таламокортикальдық спецификалық және ерекше емес контурлар арасындағы 40 Гц когерентті резонанстан туындайды. Llinás & Ribary (1993) еңбегінде авторлар белгілі бір контурлар танымның мазмұнын береді, ал ерекше емес контур танымдық тәжірибенің біртұтастығы үшін қажетті уақытша байланысты қамтамасыз етеді деп болжайды. Андреас К. Энгель және басқалардың "Consciousness and Cognition" журналында (1999) жариялаған мақаласы, уақытша синхрондылықты сананың негізі ретінде дәлелдейді, гамма толқыны гипотезасын былай анықтайды: Гипотезаға сәйкес, нейрондық разрядтардың синхрондалуы бөлінген нейрондарды жасушалар жинақтарына біріктіруге мүмкіндік береді және бұл процесс қабылдау және мінез-құлық жағынан маңызды ақпаратты таңдаудың негізі болуы мүмкін.
The hypothesis is that synchronization of neuronal discharges can serve for the integration of distributed neurons into cell assemblies and that this process may underlie the selection of perceptually and behaviorally relevant information.
Ескерту
Ұсынылған механизм - гамма толқындары саналы назар механизмі арқылы жүйкелік санамен байланысты: таламуста пайда болатын және миды алдыңғы жағынан артқы жағына секундтық 40 жиілікпен шарлайтын толқын, әртүрлі нейрондық тізбектерді қабылдаумен (прецепт) синхронды етіп, осы қабылдауды назар ортасына әкеледі. Егер таламус ең аз зақымданса да, бұл толқын тоқтап, саналы сезімдер қалыптаспайды және науқас терең комаға түседі. Бұл танымдық процестердің тараған матрицасын біріктіріп, қабылдау сияқты біртұтас, үйлесімді танымдық әрекетті тудырады. Осыдан гамма толқындары байланыс мәселесін шешумен байланысты теориялар пайда болды. Гамма толқындары саналы және санасыз стимулдардағы визуалды сигналдардан туындайтын нейрондық синхрондылық ретінде байқалады. Бұл зерттеу сондай-ақ нейрондық синхрондылықтың жүйке жүйесіндегі стохастикалық резонансты қалай түсіндіруге болатынын көрсетеді.
Көңіл күйінің бұзылуы
Гамма толқынының өзгерген белсенділігі, ауыр депрессия немесе екіполярлық бұзылыс сияқты көңіл-күй бұзылыстарымен байланысты және бірполярлық және екіполярлық бұзылыстарды ажыратуға мүмкіндік беретін әлеуетті биомаркер болып табылуы мүмкін. Мысалы, депрессия деңгейі жоғары адамдар эмоционалдық, кеңістіктік немесе арифметикалық тапсырмаларды орындағанда ерекше гамма-сигналдарын көрсетеді. Гамма-сигналдың күшеюі, әдетте зейін қажет ететін тапсырмалар орындалғанда белсенділігі төмендейтін, әдепкі режим желісіне қатысатын ми аймақтарында да байқалады. Депрессияға ұқсас мінез-құлық көрсететін кеміргіштерде де гамма-ритмінің жеткіліксіздігі анықталады.
Шизофрения
Шизофрения кезінде гамма толқынының белсенділігі төмендейтіні байқалады. Атап айтқанда, гамма тербелістерінің амплитудасы азаяды, сондай-ақ визуалды таңқаларлық және гештальт қабылдау сияқты тапсырмаларға қатысатын мидың әртүрлі аймақтарының үйлесімділігі де төмендейді. Шизофрениямен ауыратын адамдар қабылдау және үздіксіз тану жадымен байланысты осы мінез-құлық тапсырмаларын нашар орындайды. Шизофрениядағы гамма дисфункциясының нейробиологиялық себебі, белгілі ми толқыны ырғақтарын тудыратын желілерге қатысатын GABAергиялық интернейрондарда деп саналады. Антипсихотикалық емдеу шизофренияның кейбір мінез-құлық белгілерін азайтуға көмектессе де, гамма-үйлесімділігін қалыпты деңгейге дейін қалпына келтірмейді. Ошақтық ұстама кезінде интернейрондардың гамма ритмінің ең жоғары үйлесімділігі ұстаманың басталу аймағында байқалады және үйлесімділік басталу аймағынан бүкіл эпилептогендік аймаққа таралады.
Альцгеймер ауруы
Альцгеймер ауруы (АА) бар науқастарда гамма-белдеудің күшейтілген қуаты және гамма-жауаптардың кешігуі байқалды. Қызығы, АА-ның tg APP PS1 егеуқұйрық моделінде жақтық энторинальді қабықта гамма тербелісінің қуаты төмендегені анықталды, ол гиппокампқа әртүрлі сенсорлық ақпараттарды жібереді және осылайша адамдардағы АА-мен байланысты зардап шегетін есте сақтау процестеріне ұқсас процестерге қатысады. 3xTg егеуқұйрық моделінде АА-ның гиппокамптың баяу гамма қуатының төмендеуі де байқалды. Гамма жиілік диапазонындағы инвазивті емес стимулдар арқылы гиппокамптың гамма тербелістерін үйлестіру немесе синхрондау, мысалы, жыпылықтайтын жарық немесе дыбыс импульстары арқылы 40 Гц-қа дейін көтерілу. Кейіннен жүргізілген адамдарға қатысты клиникалық сынақтарда, 40 Гц диапазонындағы жарық, дыбыс немесе тактильді стимулдарға ұшыраған АА науқастардағы жеңіл когнитивтік жақсарулар байқалды.
Ой жүгірту
Жоғары амплитудалы гамма толқынының синхрониясы медитация арқылы өзінен туындауы мүмкін. Тибет буддистік монахтары сияқты, ұзақ жылдар бойы медитациямен айналысатын адамдар, бас терісі ЭЭГ арқылы анықталғандай, бастапқы күйде гамма-диапазондық белсенділіктің жоғарылауын және медитация кезінде гамма синхрониясының айтарлықтай өсуін көрсетеді. Гамма синхрониясын тудырудың нейробиологиялық механизмдері жоғары деңгейде икемді. Бұл деректер, медитациядан кейін көбінесе жақсаратыны айтылатын сана сезімі, стресті басқару қабілеті және назар шоғырландыру, гамма белсенділігімен байланысты деген гипотезаны қолдайды. 2005 жылғы Нейроғылым қоғамының жылдық мәжілісінде қазіргі Далай Лама, егер нейроғылым медитацияның психологиялық және биологиялық пайдасын қарқынды жаттығуларсыз қамтамасыз етудің жолын ұсынса, "құнттап көмектесер едім" деді.
Өлім
Өлімге дейін соңғы сәттерде гамма-активтілігінің артуы байқалған.