当信息流经大脑层级结构时，较高的区域使用较高频率的波

为了产生你的思想和行动，你的大脑在沿着其表面或皮层的区域的层次结构中处理信息，从对传入感觉进行基本解析的“较低”区域到制定使用新发现知识计划的“较高”执行区域。在一项新的研究中，麻省理工学院的神经科学家试图解释这个组织是如何出现的，他们报告了两个广泛的趋势：在三个不同的区域中的每一个区域，信息编码或其抑制都与特定脑波频段之间的类似拉锯战有关，并且一个区域在层次结构中的地位越高，其每个频带中的波的峰值频率就越高。

通过对动物三个大脑皮层区域的数千个神经元和周围电场进行测量和分析，研究小组在“认知神经科学杂志”(Journal Of Cognitive NeuroScience)上发表的这项新研究为脑波(脑细胞活动的振荡模式)如何控制整个皮层的信息流提供了一个统一的观点。

这项研究的资深作者、麻省理工学院皮考尔学习和记忆研究所的皮考尔神经科学教授厄尔·米勒说：“当你看以前的研究时，你会看到我们在许多地区发现的例子，但它们都是在不同的实验中以不同的方式发现的。”“我们想要得到一张重要的照片，所以我们就这么做了。我们解决了这样一个问题，整个大脑皮层看起来是什么样子。“。

斯德哥尔摩大学的合著者Mikael Lundqvist曾是麻省理工学院的博士后，他补充道：“很多很多研究都着眼于一个特定频率的相位在大脑皮层区域之间是如何同步的。它本身已经成为一个领域，因为同步性会影响地区之间的交流。但可以说，更重要的是，如果各地区以完全不同的频率进行通信。在这里，我们发现不同地区的首选频率发生了这样的系统性变化。通过拼凑早期的研究，可能已经怀疑到了这一点，但据我所知，以前还没有直接证明过这一点。这是一个简单但可能非常基本的观察结果。“。

为了进行观察，研究小组给动物们布置了一项任务，让它们正确区分刚刚看到的图像-这是一项简单的视觉工作记忆壮举。在动物玩游戏时，科学家们测量了每只动物在任务皮层层次结构的底部、中部和顶部的三个区域-视觉皮质、顶叶皮质和前额叶皮质-的数百个神经元的个体放电活动。他们同时跟踪了这一活动产生的波浪。

在每个区域，他们发现，当图像被编码(第一次呈现时)或回忆时(当测试工作记忆时)，脑电波的θ和γ频段的功率会以爆发式增加，而α和β频段的功率会降低。当必须记住这些信息时，例如，在第一眼看到和测试之间的时间段，θ和伽马能量下降，而α和β能量突然上升。米勒说，这些频段之间的这种功能性“推/拉”序列已经在几个单独的区域中显示出来，包括运动皮质，但在同一任务过程中，通常不会同时跨越多个区域。

研究人员还观察到，θ和伽马能量的爆发与编码图像信息的神经尖峰密切相关。同时，阿尔法和贝塔能量爆发与同样的尖峰活动呈反相关。

虽然这一规则适用于所有三个地区，但一个关键的区别是，每个地区在每个频段内都使用了一个不同的峰值。例如，视觉皮层β波段在11赫兹达到峰值，顶叶β波段在15赫兹达到峰值，前额β波段在19赫兹达到峰值。同时，视觉皮层伽马出现在65 Hz，顶叶伽马出现在72 Hz，前额伽玛出现在80 Hz。

“当你从大脑的后部移到前部时，所有的频率都会稍微高一点，”米勒说。

虽然研究中的两个主要趋势-频带之间的反向关系和每个频带内峰值频率的系统上升-都是一致的，并且在统计上具有显著性，但它们只显示了与功能的关联，而不是因果关系。但研究人员表示，他们与阿尔法和贝塔交替抑制或释放伽马以控制信息编码的模型是一致的-这是一种自上而下控制感觉活动的形式。

同时，他们假设，在层级上系统地增加峰值频率可以起到多种作用。例如，如果每个频带中的波携带信息，则较高的区域将以较快的频率采样，以提供来自较低区域的原始输入的更细粒度的采样。此外，更快的频率更有效地将这些相同的频率带到其他地区，给较高的地区提供了一种有效的方式来控制较低的地区的活动。

作者写道：“振荡节律中频率的增加可能有助于塑造大脑皮层的信息流。”

这项研究得到了美国国立卫生研究院、海军研究办公室、JPB基金会、瑞典研究理事会以及大脑和行为研究基金会的支持。