Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Нейронная активность, синхронизирующаяся с внешними стимулами
Neural activity synching to external stimuli
Синхронизация мозговых волн, также известная как нейронная синхронизация или вовлечение мозговых волн, относится к явлению, когда мозговые волны (масштабные электрические колебания в мозге) естественным образом синхронизируются с ритмом периодических внешних стимулов, таких как мерцающий свет, речь, музыка или тактильные воздействия. Поскольку различные состояния сознания связаны с различными преобладающими частотами мозговых волн, предполагается, что синхронизация мозговых волн может индуцировать желаемое состояние. Например, исследователи обнаружили, что акустическое вовлечение дельта-волн во время медленного сна оказывает функциональный эффект улучшения памяти у здоровых испытуемых.
Brainwave entrainment, also referred to as brainwave synchronization or neural entrainment, refers to the observation that brainwaves (large scale electrical oscillations in the brain) will naturally synchronize to the rhythm of periodic external stimuli, such as flickering lights, speech, music, or tactile stimuli. As different conscious states can be associated with different dominant brainwave frequencies, it is hypothesized that brainwave entrainment might induce a desired state. Researchers have found, for instance, that acoustic entrainment of delta waves in slow wave sleep had the functional effect of improving memory in healthy subjects.
Нейронные колебания
Нейронные колебания — это ритмичная или повторяющаяся электрохимическая активность в мозге и центральной нервной системе. Эти колебания могут быть охарактеризованы частотой, амплитудой и фазой. Нейронная ткань способна генерировать колебательную активность, обусловленную механизмами внутри отдельных нейронов, а также их взаимодействием. Они также могут изменять частоту для синхронизации с периодическими вибрациями внешних акустических или визуальных стимулов. Активность нейронов генерирует электрические токи, а синхронная работа нейронных ансамблей в коре головного мозга, состоящих из большого числа нейронов, производит макроскопические колебания. Эти явления можно регистрировать и графически отображать с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ). ЭЭГ-представления этих колебаний обычно называют "мозговыми волнами" в обиходе. Метод регистрации электрической активности нейронов в мозге посредством электрохимических измерений с кожи головы впервые был разработан в 1875 году в экспериментах Ричарда Кэтона, чьи результаты были развиты Гансом Бергером в конце 1920-х годов и стали основой для ЭЭГ.
Neural oscillations are rhythmic or repetitive electrochemical activity in the brain and central nervous system. Such oscillations can be characterized by their frequency, amplitude and phase. Neural tissue can generate oscillatory activity driven by mechanisms within individual neurons, as well as by interactions between them. They may also adjust frequency to synchronize with the periodic vibration of external acoustic or visual stimuli. The activity of neurons generate electric currents; and the synchronous action of neural ensembles in the cerebral cortex, comprising large numbers of neurons, produce macroscopic oscillations. These phenomena can be monitored and graphically documented by an electroencephalogram (EEG). The EEG representations of those oscillations are typically denoted by the term 'brainwaves' in common parlance. The technique of recording neural electrical activity within the brain from electrochemical readings taken from the scalp originated with the experiments of Richard Caton in 1875, whose findings were developed into EEG by Hans Berger in the late 1920s.
Нейронные колебания и когнитивные функции
Функциональная роль нейронных колебаний до сих пор полностью не выяснена; однако было показано, что они связаны с эмоциональными реакциями, контролем движений и рядом когнитивных функций, включая передачу информации, восприятие и память. В частности, нейронные колебания, особенно тета-активность, тесно связаны с функциями памяти, а взаимодействие между тета- и гамма-активностью считается критически важным для работы памяти, включая эпизодическую память.
The functional role of neural oscillations is still not fully understood; however they have been shown to correlate with emotional responses, motor control, and a number of cognitive functions including information transfer, perception, and memory. Specifically, neural oscillations, in particular theta activity, are extensively linked to memory function, and coupling between theta and gamma activity is considered to be vital for memory functions, including episodic memory.
Этимология
Вовлечение – это термин, первоначально заимствованный из теории сложных систем. Эта теория объясняет, как два или более независимых, автономных осциллятора с различными ритмами или частотами, находясь вблизи друг от друга и имея возможность достаточно долго взаимодействовать, взаимно влияют друг на друга в степени, зависящей от силы связи. Впоследствии они подстраиваются, пока не начнут колебаться с одинаковой частотой. Примерами служат механическое вовлечение или циклическая синхронизация двух электрических сушилок, расположенных рядом, и биологическое вовлечение, проявляющееся в синхронизированном свечении светлячков. Концепция вовлечения была впервые выявлена голландским физиком Христианом Гюйгенсом в 1665 году, который обнаружил это явление в ходе эксперимента с маятниковыми часами: он привел их в движение и обнаружил, что на следующий день колебания их маятников синхронизировались. Такое вовлечение происходит из-за того, что небольшое количество энергии передается между двумя системами, когда они находятся не в фазе, что приводит к возникновению отрицательной обратной связи. По мере установления более стабильной фазовой связи количество энергии постепенно уменьшается до нуля, при этом системы с более высокой частотой замедляются, а другие – ускоряются. Термин «вовлечение» используется для описания общей тенденции многих физических и биологических систем синхронизировать свою периодичность и ритм посредством взаимодействия. Эта тенденция была признана особенно важной для изучения звука и музыки в целом, и акустических ритмов в частности. Наиболее распространенные примеры нейромоторного вовлечения в ответ на акустические стимулы наблюдаются в спонтанном отбивании ритма ногой или пальцами под музыку. Мозговые волны, или нейронные колебания, имеют общие фундаментальные характеристики с акустическими и оптическими волнами, включая частоту, амплитуду и периодичность. Следовательно, открытие Гюйгенса стимулировало исследования о том, может ли синхронная электрическая активность корковых нейронных ансамблей не только изменяться в ответ на внешние акустические или оптические стимулы, но и вовлекаться или синхронизировать свою частоту с частотой конкретного стимула. Вовлечение мозговых волн – это разговорное обозначение «нейронного вовлечения», которое используется для описания способа, которым совокупная частота колебаний, генерируемых синхронной электрической активностью в ансамблях корковых нейронов, может подстраиваться для синхронизации с периодическими колебаниями внешних стимулов, таких как устойчивая акустическая частота, воспринимаемая как высота тона, регулярно повторяющийся узор прерывистых звуков, воспринимаемый как ритм, или регулярно ритмически прерывистое мигание света.
Entrainment is a term originally derived from complex systems theory. The theory explains the way that two or more independent, autonomous oscillators with differing rhythms or frequencies, when situated in proximity where they can interact for long enough, influence each other mutually, to a degree dependent on coupling force. They then adjust until both oscillate with the same frequency. Examples include the mechanical entrainment or cyclic synchronization of two electric clothes dryers placed in close proximity, and the biological entrainment evident in the synchronized illumination of fireflies. Entrainment is a concept first identified by the Dutch physicist Christiaan Huygens in 1665 who discovered the phenomenon during an experiment with pendulum clocks: He set them each in motion and found that when he returned the next day, the sway of their pendulums had all synchronized. Such entrainment occurs because small amounts of energy are transferred between the two systems when they are out of phase in such a way as to produce negative feedback. As they assume a more stable phase relationship, the amount of energy gradually reduces to zero, with systems of greater frequency slowing down, and the other speeding up. The term 'entrainment' has been used to describe a shared tendency of many physical and biological systems to synchronize their periodicity and rhythm through interaction. This tendency has been identified as specifically pertinent to the study of sound and music generally, and acoustic rhythms specifically. The most familiar examples of neuromotor entrainment to acoustic stimuli is observable in spontaneous foot or finger tapping to the rhythmic beat of a song. Brainwaves, or neural oscillations, share the fundamental constituents with acoustic and optical waves, including frequency, amplitude and periodicity. Consequently, Huygens' discovery precipitated inquiry into whether or not the synchronous electrical activity of cortical neural ensembles might not only alter in response to external acoustic or optical stimuli but also entrain or synchronize their frequency to that of a specific stimulus. Brainwave entrainment is a colloquialism for 'neural entrainment', which is a term used to denote the way in which the aggregate frequency of oscillations produced by the synchronous electrical activity in ensembles of cortical neurons can adjust to synchronize with the periodic vibration of external stimuli, such as a sustained acoustic frequency perceived as pitch, a regularly repeating pattern of intermittent sounds, perceived as rhythm, or of a regularly rhythmically intermittent flashing light.