Эта статья входит в число добротных статей

Мю-ритм

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Примеры паттернов мю-ритма: а) непрерывный мю-ритм, b) отдельные всплески
Примеры паттернов мю-ритма: а) непрерывный мю-ритм, b) отдельные всплески

Мю-ритм (μ-ритм, роландический ритм, сенсомоторный ритм, аркоидный (arceau) ритм, аркообразный (wicket) ритм, гребенчатый ритм, дугообразный ритм) — периодические колебания биопотенциалов в сенсомоторной области коры головного мозга на частоте 8 — 13 Гц (чаще всего 9 — 11 Гц). Эти колебания могут быть зарегистрированы методами электроэнцефалографии (ЭЭГ), магнитоэнцефалографии (МЭГ), или электрокортикографии (ЭКОГ). Наиболее выражен в состоянии физического покоя. В отличие от альфа-ритма, который возникает на аналогичной частоте в задней части головы над зрительной корой также в состоянии покоя, мю-ритм локализован над моторной корой. У человека подавление мю-ритма происходит, когда он или она выполняет какое-либо движение или, после определённой тренировки, когда он или она визуализирует[en] (представляет) выполнение движений. Это подавление называется десинхронизация (уменьшение амплитуды сигнала), потому что причиной появления ритмических паттернов на ЭЭГ является синхронная активность большого числа нейронов. Кроме того, мю-ритм подавляется когда человек наблюдает за выполнением движений другого человека. Рамачандран и его коллеги предположили, что это является признаком того, что зеркальная нейронная система участвует в подавлении мю-ритма[1][2], однако, есть и противники этой теории[3]. Мю-ритм представляет интерес для множества ученых. Например, при изучении развития нервной системы, интерес представляют подробности формирования мю-ритма в младенчестве и детстве и его роль в процессах обучения[4]. Поскольку некоторые исследователи считают, что расстройства аутистического спектра (РАС) во многом связаны с изменениями в системе зеркальных нейронов[1][5][6], и что подавление мю-ритма отражает активность зеркальных нейронов[2], многие из этих ученых заинтересованы в изучении мю-ритма у людей с расстройствами аутистического спектра. Мю-ритм широко используется при построении мозг-компьютерных интерфейсов (МКИ). С развитием МКИ систем, врачи надеются дать людям с тяжёлыми инвалидностями новые способы коммуникации, средства для манипулирования и перемещения в пространстве[7].

Зеркальные нейроны[править | править вики-текст]

Система зеркальных нейронов была открыта в 1990-е у макак[6]. В ходе исследований были обнаружены нейроны которые возбуждались когда макаки выполняли простые задания, а также когда макаки наблюдали как кто-то другой выполнял такие же несложные задания[8]. Это говорит о том, что эти нейроны играют важную роль обработке мозгом чужих движений без их физического повторения. Эти нейроны называют зеркальными нейронами, и они образуют систему зеркальных нейронов. Мю-ритм подавляется, когда происходит возбуждение этих нейронов. Благодаря этому феномену учёные могут изучать активность зеркальных нейронов у человека[9]. Имеются факты в пользу того, что зеркальные нейроны существуют как в организме человека, так и не человекообразных животных. Зеркальные нейроны у человека, предположительно, располагаются в правой латеральной затылочно-височной извилине[en], левой нижней теменной доле[en], правой передней теменной доле?! и левой нижней лобной извилине[en][6][10][11]. Некоторые исследователи полагают, что подавление мю-ритма может быть следствием активности зеркальных нейронов и представляет собой высокоуровневую интегративную обработку активности системы зеркальных нейронов[2][12][13][14]. Исследования на обезьянах (с использованием инвазивных методов регистрации) и на человека (с использованием ЭЭГ и фМРТ) показали, что зеркальные нейроны возбуждаются не только во время двигательной активности, но так же отвечают на намерение[15].

Развитие[править | править вики-текст]

Центральный альфа-подобный ритм, отвечающий уменьшением амплитуды как на самостоятельные, так и на наблюдаемые движения обнаруживается у новорождённых с возраста 11 недель на частоте в 3 Гц. Частота его колебаний быстро растет в течение первого года жизни и достигает 6-8 Гц. Большинство исследователей склонно считать этот центральный ритм — мю-ритмом новорождённых, имеющим ту же природу, что и у взрослых. С возрастом частота мю-ритма продолжает увеличиваться, достигая к 4 годам — 9 Гц и стабилизируется на 10 Гц к совершеннолетию[16].

Мю-ритм считается индикатором способностей младенцев к подражанию. Способность имитировать играет важную роль в развитии двигательных навыков, использовании инструментов, и понимании причинно-следственных связей через социальное взаимодействие[10]. Имитация является неотъемлемой частью развития социальных навыков и понимания невербальных сигналов[4]. Мю-ритм присутствует как у взрослых так и у детей до и после выполнения моторной задачи, которая сопровождается его десинхронизацией. Однако, у младенцев во время выполнения целенаправленных движений степень десинхронизации больше чем у взрослых. Подобная картина наблюдается не только при самостоятельных движениях, но также и во время наблюдения за движениями другого человека[4].

Аутизм[править | править вики-текст]

Аутизм связан с дефицитом социального взаимодействия и общения. Мю-ритм и система зеркальных нейронов изучаются в связи со своей возможной ролью в развитии этого заболевания. У здорового человека зеркальные нейроны возбуждаются при выполнении действий или при наблюдении за выполнением действий другим человеком. У людей, страдающих аутизмом, зеркальные нейроны активизируются (и, следовательно, мю волны подавляются) только тогда, когда человек выполняет действие самостоятельно, но не при наблюдении за действиями другого человека[1][5]. Это открытие привело некоторых ученых к предположению, что аутизм связан с нарушением работы зеркальных нейронов при котором затруднено понимание интенций и целей других людей[6]. Подобные нарушения могут объяснить трудности, испытываемые людьми с аутизмом при общении и понимании других людей.

Интерфейсы мозг-компьютер[править | править вики-текст]

Интерфейсы мозг-компьютер (ИМК) — активно развивающаяся технология, которая, как полагают, однажды сможет дать бо́льшую независимость людям с инвалидностями. Предполагается, что эти технологии смогут помогать людям почти полностью или даже полностью парализованным, например с такими заболеваниями как тетраплегия[en] (квадриплегия) или боковым амиотрофическим склерозом. ИМК могут помочь таким больным в общении или даже позволят контролировать движение инвалидных кресел и нейропротезов[7][17]. Одним из типов МКИ является интерфейс, использующий событийно-связанную десинхронизацию мю-ритма для управления компьютером[7]. Этот метод мониторинга активности мозга основан на том факте, что когда группа нейронов находится в состоянии покоя они, как правило, возбуждаются синхронно. Если оператор МКИ мысленно представит движение («событие»), произойдет десинхронизация (связанная с «событием»). Нейроны, которые до этого возбуждались синхронно, приобретут свои индивидуальные, не похожие друг на друга паттерны возбуждения. Это приведёт к уменьшению амплитуды регистрируемого сигнала, которое может быть зафиксировано и проанализировано при помощи компьютера. Операторы подобных МКИ тренируются визуализировать движения ногами, руками и/или языком. Эти части тела имеют удалённые друг от друга проекционные зоны коры головного мозга и поэтому их легче всего отличить друг от друга на основе записей электроэнцефалограммы (ЭЭГ) или электрокортикограммы (ЭКоГ) с электродов размещённых над моторной корой[7][18]. Событийно-связанная десинхронизация может быть использована вместе с другими методами мониторинга электрической активности мозга, позволяя создавать гибридные ИМК, которые часто оказываются более эффективными, чем ИМК использующие только один метод мониторинга[7][18].

История[править | править вики-текст]

Мю-ритм впервые был описан Гасто[en] в 1952 году[19] и был охарактеризован им как «the rythme en arceau» за характерную аркообразную форму волн. Позднее в электроэнцефалографической литературе мю-ритм получил название роландического или центрального альфа ритма, поскольку его фокус располагается рядом с центральной (роландовой) бороздой[en] коры головного мозга, а частота колебаний совпадает с частотой затылочного альфа-ритма[16]. Однако, долгое время ему не придавали большого значения так как считалось, что он встречается лишь у небольшой части людей[2]. Применение современных техник анализа сигнала, таких как анализ независимых компонентов[en], доказало наличие мю-ритма у большинства здоровых людей[20].

Корреляты мю-ритма[править | править вики-текст]

В отличие от α-ритма, μ-ритм активируется во время психической нагрузки и психического напряжения. Выполнение любых движений независимо от их структуры, силовой, временной, пространственных характеристик всегда сопровождается блокированием μ-ритма. Ритм также блокируется мысленным представлением движения, состоянием готовности к движению или тактильной стимуляцией. Мало реагирует на воздействия других раздражений, например, световых и звуковых[2]. Выражен у слепых, компенсирующих потерю зрения развитием тактильного и двигательного исследования среды, у которых он встречается в три раза чаще по сравнению со зрячими. Также μ-ритм выражен у спортсменов (в пять раз чаще, чем у лиц, не занимающихся спортом)[21].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 Oberman L. M. et al. EEG evidence for mirror neuron dysfunction in autism spectrum disorders // Cognitive Brain Research. — 2005. — Vol. 24. — P. 190-198. — ISSN 09266410. — DOI:10.1016/j.cogbrainres.2005.01.014.
  2. 1 2 3 4 5 Pineda J. A. The functional significance of mu rhythms: Translating “seeing” and “hearing” into “doing” // Brain Research Reviews. — 2005. — Vol. 50. — P. 57-68. — ISSN 01650173. — DOI:10.1016/j.brainresrev.2005.04.005.
  3. Churchland, P. S. Braintrust: What neuroscience tells us about morality. — Princeton, N.J.: Princeton University Press, 2011. — P. 156. — 273 p. — ISBN 978-0-691-13703-2.
  4. 1 2 3 Nyström P. et al. Using mu rhythm desynchronization to measure mirror neuron activity in infants (англ.) // Developmental Science : журнал. — 2011. — March (vol. 14, no. 2). — P. 327—335. — ISSN 1467-7687. — DOI:10.1111/j.1467-7687.2010.00979.x.
  5. 1 2 Bernier R. et al EEG mu rhythm and imitation impairments in individuals with autism spectrum disorder (англ.) // Brain and Cognition : журнал. — 2007. — Vol. 64, no. 3. — P. 228—237. — ISSN 0278-2626. — DOI:10.1016/j.bandc.2007.03.004.
  6. 1 2 3 4 Williams J. H.G. et al Neural mechanisms of imitation and ‘mirror neuron’ functioning in autistic spectrum disorder (англ.) // Neuropsychologia : журнал. — 2006. — Vol. 44, no. 4. — P. 610—621. — ISSN 0028-3932. — DOI:10.1016/j.neuropsychologia.2005.06.010.
  7. 1 2 3 4 5 Pfurtscheller G., Christa N. EEG-Based Brain-Computer Interfaces // Niedermeyer's Electroencephalography: Basic Principles, Clinical Applications, and Related Fields / edited by D. L. Schomer, H. L. S. Fernando. — 6th. — Philadelphia, Pa.: Lippincott Williams & Wilkins, 2010. — P. 1227—1236. — 668 p. — ISBN 978-0-7817-8942-4.
  8. di Pellegrino G. et al. Understanding motor events: a neurophysiological study (англ.) // Experimental Brain Research : журнал. — Springer-Verlag, 1992. — October (vol. 91, no. 1). — P. 176—180. — ISSN 1432-1106. — DOI:10.1007/BF00230027.
  9. Rizzolatti G., Fogassi L., Gallese V. Neurophysiological mechanisms underlying the understanding and imitation of action (англ.) // Nature Reviews Neuroscience : журнал. — 2001. — September (vol. 2, no. 9). — P. 661—670. — ISSN 1471-003X. — DOI:10.1038/35090060.
  10. 1 2 Marshall P. J., Meltzoff A. N. Neural mirroring systems: Exploring the EEG mu rhythm in human infancy (англ.) // Developmental Cognitive Neuroscience : журнал. — 2011. — April (vol. 1, no. 2). — P. 110—123. — ISSN 1878-9293. — DOI:10.1016/j.dcn.2010.09.001. — PMID 21528008.
  11. Keuke M. C. et al. The role of the left inferior frontal gyrus in social perception: An rTMS study (англ.) // Brain Research : журнал. — 2011. — 6 April (vol. 1383). — P. 196—205. — ISSN 0006-8993. — DOI:10.1016/j.brainres.2011.01.073.
  12. Ulloa E. R., Pineda J. A. Recognition of point-light biological motion: mu rhythms and mirror neuron activity (англ.) // Behavioural Brain Research : журнал. — 2007. — 2 November (vol. 183, no. 2). — P. 188—194. — DOI:10.1016/j.bbr.2007.06.007. — PMID 17658625.
  13. Cheng Y. et al. Gender Differences in the Mu Rhythm of the Human Mirror-Neuron System (англ.) // PLoS One. — 2008. — 7 March (vol. 3, no. 5). — P. e2113. — DOI:10.1371/journal.pone.0002113. — PMID 18461176.
  14. Palau-Baduell M., Valls-Santasusana A., Salvadó-Salvadó B. Autism spectrum disorders and mu rhythm. A new neurophysiological view (исп.) = Trastornos del espectro autista y ritmo mu. Una nueva perspectiva neurofisiológica // Revista de Neurología. — 2011. — 1 marzo (vol. 52, no 1). — P. 141—146. — PMID 21365596.
  15. Sinigaglia C., Rizzolatti G. Through the looking glass: Self and others (англ.) // Consciousness and Cognition : журнал. — 2011. — March (vol. 20, no. 1). — P. 64—74. — ISSN 1053-8100. — DOI:10.1016/j.concog.2010.11.012.
  16. 1 2 Berchicci M. et al. Development of mu rhythm in infants and preschool children (англ.) // Dev. Neurosci.. — 2011. — Vol. 33, no. 2. — P. 130—143. — DOI:10.1159/000329095. — PMID 21778699.
  17. Machado S. et al. EEG-based Brain-Computer Interfaces: An Overview of Basic Concepts and Clinical Applications in Neurorehabilitation (англ.) // Reviews in the Neurosciences : журнал. — 2010. — December (vol. 21, no. 6). — P. 451—468. — ISSN 2191-0200. — DOI:10.1515/REVNEURO.2010.21.6.451.
  18. 1 2 Pfurtscheller G., McFarland D. J. BCIs that use sensorimotor rhythms // Brain-computer interfaces: principles and practice / edited by J. R. Wolpaw, E. W. Wolpaw. — Oxford: Oxford University Press, 2012. — P. 227—240. — 400 p. — ISBN 9780195388855.
  19. Gastaut M. H. Etude electrocorticographique de la reactivite des rythmes rolandiques // Revue Neurologique. — 1952. — Т. 87, № 2. — С. 176—182.
  20. Makeig S. et al. Dynamic brain sources of visual evoked responses (англ.) // Science : журнал. — 2002. — 25 January (vol. 295, no. 5555). — P. 690—694. — ISSN 1095-9203. — DOI:10.1126/science.1066168.
  21. Большой психологический словарь / Состав. и общ. ред. Б. Мещеряков, В. Зинченко. — СПб: прайм-ЕВРОЗНАК, 2003. — С. 319. — 672 с. — ISBN 5-93878-086-1.