Spring til indhold

Gammabølge

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Ikke at forveksle med Gammastråling.
Gamma bølger aktivitet, som svinger 40 gange i sekundet.

En gammabølge eller gammarytme er et mønster af hjernebølger, der svinger med en frekvens på mellem 25 og 140 Hz, hvor 40 Hz er af særlig interesse.[1] Gammarytmer er korreleret med hjernenetværksaktivitet og kognitive fænomener såsom arbejdshukommelse, opmærksomhed og perceptuel gruppering, og kan øges i amplitude via meditation[2] eller neurostimulering.[1][3] Ændret gamma-aktivitet er blevet målt ved flere affektive og kognitive lidelser, såsom Alzheimers sygdom,[4] epilepsi,[5] og skizofreni.[6]

Opdagelse

[redigér | rediger kildetekst]

Gammabølger kan måles ved elektroencefalografi eller magnetoencefalografi. En af de tidligste beretninger om gammabølgeaktivitet blev målt fra den visuelle cortex hos vågne aber.[7] Efterfølgende har forskere koncentreret sig meget om gamma-aktivitet i synsbarken.[8] [9] [10] [10]

Gamma-aktivitet er også blevet målt og undersøgt på i de præmotoriske, parietale, temporale og frontale kortikale regioner.[11] Gammabølger udgør en gruppe af oscillerende aktivitet i neuronerne, der tilhører cortico-basal ganglia-thalamo-cortical loop [12]. Typisk afspejler gamma aktivitet feedforward-forbindelser mellem forskellige hjerneregioner, i modsætning til alfabølgefeedback på som afspejler forbindelser på tværs af de samme regioner.[13] Gamma-oscillationer har også vist sig at være korreleret med aktivitet af enkelte neuroner, oftest de inhiberende (hæmmende) neuroner, under alle tilstande i vågen-søvn-cyklussen.[14] Gammabølgeaktivitet er mest fremtrædende under årvågen, opmærksom vågenhed.[12] Imidlertid forbliver de mekanismer og substrater, hvorved gamma-aktivitet kan bidrage til at generere forskellige bevidsthedstilstande, ukendte.

Kontrovers

[redigér | rediger kildetekst]

Nogle forskere sætter tvivl ved gyldigheden og betydningen af gammabølgeaktivitet, som måles ved brug af EEG (målt fra hovedbunden), fordi frekvensbåndet af gammabølger overlapper med det elektromyografiske frekvensbånd. Målinger af gammaaktivitet kan dermed være kontamineret af muskelaktivitet. [15] Undersøgelser, der anvender lokale muskellammelsesteknikker, har bekræftet, at EEG-optagelser indeholder EMG-signaler [16] [17], og at disse signaler udspringer af motorisk aktivitet såsom sakkade bevægelser (små hurtige bevægelser af begge øjne)[18] eller andre motoriske handlinger, der involverer hovedet. Fremskridt inden for signalbehandling, såsom anvendelse af uafhængig komponentanalyse (ICA) eller andre teknikker baseret på rumlig filtrering, er anvendt for at mindske tilstedeværelsen af EMG-artefakter. [15]

I nogle EEG-lærebøger anbefales det at sætte en elektrode på et øjenlåg for at måle disse bevægelser, samt én elektrode på hjertet og et par på siderne af halsen for at fange muskelsignaler fra kroppen.



Klinisk Relevans

[redigér | rediger kildetekst]

En række videnskabelig litteratur tyder på, at gammahjernebølgeaktivitet er forbundet til en række kliniske lidelser. Gammaaktivitet indgår dog i skrivende stund kun i forbindelse med forskning og er endnu ikke udbredt til diagnosticering.

Humørlidelser

[redigér | rediger kildetekst]

Ændret gammabølgeaktivitet er forbundet med affektive sindslidelser såsom svær depression eller bipolar lidelse og kan være en potentiel biomarkør til at skelne mellem unipolære og bipolære lidelser. For eksempel udviser mennesker med høj depressionsscore anderledes gamma-signaler, når de udfører følelsesmæssige, rumlige eller aritmetiske opgaver. Øget gamma-signalering observeres også i hjerneområder, der deltager i default mode network, som normalt undertrykkes under opgaver, der kræver betydelig opmærksomhed. Gnavermodeller af depressionslignende adfærd udviser også mangelfulde gammarytmer. [19]

Skizofreni

[redigér | rediger kildetekst]

Nedsat gammabølgeaktivitet er observeret ved skizofreni. Specifikt er amplituden af gamma-oscillationer reduceret, ligesom synkroniseringen af forskellige hjerneregioner, der er involveret i opgaver såsom visuel oddball og gestaltopfattelse. Mennesker med skizofreni klarer sig dårligere på disse adfærdsmæssige opgaver, som vedrører perception og kontinuerlig genkendelseshukommelse. [20] Det neurobiologiske grundlag for gamma-dysfunktion ved skizofreni menes at ligge hos GABAergic interneuroner. [6] Antipsykotisk behandling, som mindsker nogle adfærdsmæssige symptomer på skizofreni, genopretter ikke gamma-synkroniseringen til normale niveauer. [20]

Epilepsi

[redigér | rediger kildetekst]

Gamma-oscillationer observeres i de fleste anfald . Visuelle stimuli såsom store gitre med høj kontrast, som man ved kan udløse anfald ved lysfølsom epilepsi, kan også aktivere gamma-oscillationer i synsbarken. [21] Under en fokal anfaldshændelse observeres maksimal gammarytmesynkronisering af interneuroner altid i anfaldsstartzonen, og synkronisering forplanter sig fra startzonen over hele den epileptogene zone. [22]

Alzheimers Sygdom

[redigér | rediger kildetekst]

Både øget og nedsat gammabåndsaktivitet, samt et forsinket gammarespons er blevet observeret hos patienter med Alzheimers sygdom (AD). [4][23] [24]

Interessant nok udviser tg APP-PS1 musemodellen af AD nedsat gamma-oscillationskraft i den laterale entorhinale cortex, som transmitterer forskellige sensoriske input til hippocampus og dermed deltager i hukommelsesprocesser analoge med dem, der er påvirket af AD hos mennesker. [25] Nedsat hippocampus gamma er også blevet observeret i 3xTg musemodellen af AD. [26]

Gamma-stimulering kan have terapeutisk potentiale for AD og andre neurodegenerative sygdomme. Optogenetisk stimulering af hurtigt fyrrende interneuroner i gammabølgefrekvensområdet blev første gang påvist i mus i 2009. [27] Entrainment eller synkronisering af hippocampus gamma-oscillationer og spiking til 40 Hz via ikke-invasive stimuli i gamma-frekvensbåndet, såsom blinkende lys eller lydimpulser, reducerer amyloid beta- ophobningen og aktiverer mikroglia i 5XFAD-musemodel af AD. [28] Efterfølgende kliniske forsøg på mennesker med gammabåndstimulering har vist milde kognitive forbedringer hos AD-patienter, der har været udsat for lys, lyd eller taktile stimuli i omkring 40 Hz. [1] De præcise molekylære og cellulære mekanismer, hvorved gammabåndstimulering forbedrer AD-patologi, er dog ukendt.

Fragilt X Syndrom

[redigér | rediger kildetekst]

Overfølsomhed og hukommelsessvigt i Fragilt X-syndrom kan være forbundet med gamma-rytmeabnormiteter i det sensoriske cortex og hippocampus. For eksempel er nedsat synkronisering af gamma-oscillationer blevet observeret i det auditive cortex hos FXS-patienter. FMR1 knockout-rottemodellen af FXS udviser et øget forhold mellem langsomme (~25-50 Hz) til hurtige (~55-100 Hz) gammabølger.

Meditation

[redigér | rediger kildetekst]

Gammabølgesynkronisering kan selv opnås gennem meditation. Langtidsudøvere af meditation, såsom tibetanske buddhistiske munke, udviser både øget gamma-båndaktivitet ved baseline såvel som signifikante stigninger i gamma-synkroni under meditation, målt med EEG. fMRI på de samme munke afslørede større aktivering af højre insulær cortex og caudate kerne under meditation. [29] De neurobiologiske mekanismer ved inducering af gamma-synkroni er altså yderst plastiske. [30] Disse beviser kan understøtte hypotesen om, at ens følelse af bevidsthed, stresshåndteringsevne og fokus, som ofte siges at blive forbedret efter meditation, alle er understøttet af gammaaktivitet. På det årlige møde i Society for Neuroscience i 2005 kommenterede den nuværende Dalai Lama, at hvis neurovidenskaben kunne foreslå en måde at fremkalde de psykologiske og biologiske fordele ved meditation uden intensiv praksis, ville han "være en entusiastisk frivillig." [31]

Se også

[redigér | rediger kildetekst]

Hjernebølger

[redigér | rediger kildetekst]

Referencer

[redigér | rediger kildetekst]
  1. ^ a b c McDermott B, Porter E, Hughes D, McGinley B, Lang M, O'Halloran M, Jones M. (2018). "Gamma Band Neural Stimulation in Humans and the Promise of a New Modality to Prevent and Treat Alzheimer's Disease". Journal of Alzheimer's Disease. 65 (2): 363-392. doi:10.3233/JAD-180391. PMC 6130417. PMID 30040729.{{cite journal}}: CS1-vedligeholdelse: Flere navne: authors list (link)
  2. ^ Lutz A, Greischar LL, Rawlings NB, Ricard M, Davidson RJ (2004). "Long-term meditators self-induce high-amplitude gamma synchrony during mental practice". Proceedings of the National Academy of Sciences. 101 (46): 16369-73. Bibcode:2004PNAS..10116369L. doi:10.1073/pnas.0407401101. PMC 526201. PMID 15534199.{{cite journal}}: CS1-vedligeholdelse: Flere navne: authors list (link)
  3. ^ Thomson H (2018). "How flashing lights and pink noise might banish Alzheimer's, improve memory and more". Nature. 555 (7694): 20-22. Bibcode:2018Natur.555...20T. doi:10.1038/d41586-018-02391-6. PMID 29493598.
  4. ^ a b van Deursen JA, Vuurman EF, Verhey FR, van Kranen-Mastenbroek VH, Riedel WJ (2008). "Increased EEG gamma band activity in Alzheimer's disease and mild cognitive impairment". Journal of Neural Transmission. 115 (9): 1301-11. doi:10.1007/s00702-008-0083-y. PMC 2525849. PMID 18607528.{{cite journal}}: CS1-vedligeholdelse: Flere navne: authors list (link)
  5. ^ Hughes JR (juli 2008). "Gamma, fast, and ultrafast waves of the brain: their relationships with epilepsy and behavior". Epilepsy & Behavior. 13 (1): 25-31. doi:10.1016/j.yebeh.2008.01.011. PMID 18439878. S2CID 19484309.
  6. ^ a b Uhlhaas PJ, Singer W (2010). "Abnormal neural oscillations and synchrony in schizophrenia". Nature Reviews Neuroscience. 11 (2): 100-13. doi:10.1038/nrn2774. PMID 20087360. S2CID 205505539.
  7. ^ HUGHES JR (1964). "Responses from the Visual Cortex of Unanesthetized Monkeys". International Review of Neurobiology. Vol. 7. s. 99-152. doi:10.1016/s0074-7742(08)60266-4. ISBN 9780123668073. PMID 14282370.
  8. ^ Adjamian, P; Holliday, IE; Barnes, GR; Hillebrand, A; Hadjipapas, A; Singh, KD (2004). "Induced stimulus-dependent Gamma oscillations in visual stress". European Journal of Neuroscience. 20 (2): 587-592. doi:10.1111/j.1460-9568.2004.03495.x. PMID 15233769. S2CID 17082547.
  9. ^ Hadjipapas A.; Adjamian P; Swettenham J.B.; Holliday I.E.; Barnes G.R. (2007). "Stimuli of varying spatial scale induce gamma activity with distinct temporal characteristics in human visual cortex". NeuroImage. 35 (2): 518-30. doi:10.1016/j.neuroimage.2007.01.002. PMID 17306988. S2CID 25198757.
  10. ^ a b Muthukumaraswamy SD, Singh KD (2008). "Spatiotemporal frequency tuning of BOLD and gamma band MEG responses compared in primary visual cortex". NeuroImage. 40 (4): 1552-1560. doi:10.1016/j.neuroimage.2008.01.052. PMID 18337125. S2CID 2166982.
  11. ^ Kort, N; Cuesta, P; Houde, JF; Nagarajan, SS (2016). "Bihemispheric network dynamics coordinating vocal feedback control". Human Brain Mapping. 37 (4): 1474-1485. doi:10.1002/hbm.23114. PMC 6867418. PMID 26917046.
  12. ^ a b McCormick DA, McGinley MJ, Salkoff DB (2015). "Brain state dependent activity in the cortex and thalamus". Current Opinion in Neurobiology. 31: 133-40. doi:10.1016/j.conb.2014.10.003. PMC 4375098. PMID 25460069.{{cite journal}}: CS1-vedligeholdelse: Flere navne: authors list (link)
  13. ^ van Kerkoerle T, Self MW, Dagnino B, Gariel-Mathis MA, Poort J, van der Togt C, Roelfsema PR (2014). "Alpha and gamma oscillations characterize feedback and feedforward processing in monkey visual cortex". Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (40): 14332-41. doi:10.1073/pnas.1402773111. PMC 4210002. PMID 25205811.{{cite journal}}: CS1-vedligeholdelse: Flere navne: authors list (link)
  14. ^ Le Van Quyen M.; Muller L.E.; Telenczuk B.; Halgren E.; Cash S.; Hatsopoulos N.; Dehghani N.; Destexhe A. (2016). "High-frequency oscillations in human and monkey neocortex during the wake-sleep cycle". Proceedings of the National Academy of Sciences. 113 (33): 9363-8. doi:10.1073/pnas.1523583113. PMC 4995938. PMID 27482084.
  15. ^ a b Muthukumaraswamy SD (2013). "High-frequency brain activity and muscle artifacts in MEG/EEG: a review and recommendations". Frontiers in Human Neuroscience. 7: 138. doi:10.3389/fnhum.2013.00138. PMC 3625857. PMID 23596409.
  16. ^ Whitham EM, Pope KJ, Fitzgibbon SP, et al. (august 2007). "Scalp electrical recording during paralysis: quantitative evidence that EEG frequencies above 20 Hz are contaminated by EMG". Clinical Neurophysiology. 118 (8): 1877-88. doi:10.1016/j.clinph.2007.04.027. PMID 17574912. S2CID 237761.
  17. ^ Whitham EM, Lewis T, Pope KJ, et al. (maj 2008). "Thinking activates EMG in scalp electrical recordings". Clinical Neurophysiology. 119 (5): 1166-75. doi:10.1016/j.clinph.2008.01.024. PMID 18329954. S2CID 28597711.
  18. ^ Yuval-Greenberg S, Tomer O, Keren AS, Nelken I, Deouell LY (maj 2008). "Transient induced gamma-band response in EEG as a manifestation of miniature saccades". Neuron. 58 (3): 429-41. doi:10.1016/j.neuron.2008.03.027. PMID 18466752.
  19. ^ Fitzgerald PJ, Watson BO (2018). "Gamma oscillations as a biomarker for major depression: an emerging topic". Translational Psychiatry. 8 (1): 177. doi:10.1038/s41398-018-0239-y. PMC 6123432. PMID 30181587.
  20. ^ a b Bruce Bower (2004). "Synchronized thinking. Brain activity linked to schizophrenia, skillful meditation". Science News. 166 (20): 310. doi:10.2307/4015767. JSTOR 4015767.
  21. ^ Hermes D, Kasteleijn-Nolst Trenité DGA, Winawer J (2017). "Gamma oscillations and photosensitive epilepsy". Current Biology. 27 (9): R336-R338. doi:10.1016/j.cub.2017.03.076. PMC 5438467. PMID 28486114.{{cite journal}}: CS1-vedligeholdelse: Flere navne: authors list (link)
  22. ^ Sato Y, Wong SM, Iimura Y, Ochi A, Doesburg SM, Otsubo H (2017). "Spatiotemporal changes in regularity of gamma oscillations contribute to focal ictogenesis". Scientific Reports. 7 (1): 9362. Bibcode:2017NatSR...7.9362S. doi:10.1038/s41598-017-09931-6. PMC 5570997. PMID 28839247.{{cite journal}}: CS1-vedligeholdelse: Flere navne: authors list (link)
  23. ^ T. Koenig, L. Prichep, T. Dierks, D. Hubl, L.O. Wahlund, E.R. John, V. Jelic, Decreased EEG synchronization in Alzheimer’s disease and mild cognitive impairment, Neurobiology of Aging, Volume 26, Issue 2, 2005, Pages 165-171, ISSN 0197-4580,
  24. ^ Başar E, Emek-Savaş DD, Güntekin B, Yener GG. Delay of cognitive gamma responses in Alzheimer's disease. Neuroimage Clin. 2016 Jan 20;11:106-115. doi: 10.1016/j.nicl.2016.01.015. PMID: 26937378; PMCID: PMC4753813.
  25. ^ Klein AS, Donoso JR, Kempter R, Schmitz D, Beed P (2016). "Early Cortical Changes in Gamma Oscillations in Alzheimer's Disease". Frontiers in Systems Neuroscience. 10: 83. doi:10.3389/fnsys.2016.00083. PMC 5080538. PMID 27833535.{{cite journal}}: CS1-vedligeholdelse: Flere navne: authors list (link)
  26. ^ Mably AJ, Colgin LL (2018). "Gamma oscillations in cognitive disorders". Current Opinion in Neurobiology. 52: 182-187. doi:10.1016/j.conb.2018.07.009. PMC 6139067. PMID 30121451.
  27. ^ Cardin, Jessica A.; Carlén, Marie; Meletis, Konstantinos; Knoblich, Ulf; Zhang, Feng; Deisseroth, Karl; Tsai, Li-Huei; Moore, Christopher I. (2009). "Driving fast-spiking cells induces gamma rhythm and controls sensory responses". Nature. 459 (7247): 663-667. Bibcode:2009Natur.459..663C. doi:10.1038/nature08002. PMC 3655711. PMID 19396156.
  28. ^ Iaccarino, Hannah F.; Singer, Annabelle C.; Martorell, Anthony J.; Rudenko, Andrii; Gao, Fan; Gillingham, Tyler Z.; Mathys, Hansruedi; Seo, Jinsoo; Kritskiy, Oleg; Abdurrob, Fatema; Adaikkan, Chinnakkaruppan; Canter, Rebecca G.; Rueda, Richard; Brown, Emery N.; Boyden, Edward S.; Tsai, Li-Huei (7. december 2016). "Gamma frequency entrainment attenuates amyloid load and modifies microglia". Nature. 540 (7632): 230-235. Bibcode:2016Natur.540..230I. doi:10.1038/nature20587. PMC 5656389. PMID 27929004.
  29. ^ Sharon Begley (2007-01-29). "How Thinking Can Change the Brain". The Office of His Holiness the Dalai Lama. Hentet 2019-12-16.
  30. ^ Kaufman, Marc (3. januar 2005). "Meditation Gives Brain a Charge, Study Finds". The Washington Post. Hentet 3. maj 2010.
  31. ^ Reiner PB (2009-05-26). "Meditation On Demand". Scientific American. Hentet 2019-12-16.
Hentet fra "https://da.wikipedia.org/w/index.php?title=Gammabølge&oldid=11835001"