Η ηλεκτροεγκεφαλογραφία (EEG) εφευρέθηκε πριν από 100 χρόνια. Στα χρόνια από τότε που εφευρέθηκε αυτή η συσκευή παρακολούθησης της ηλεκτρικής ενέργειας του εγκεφάλου, είχε απίστευτο αντίκτυπο στον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες μελετούν τον ανθρώπινο εγκέφαλο.
Από την πρώτη του χρήση, το ΗΕΓ έχει διαμορφώσει την κατανόηση των γνωστικών διαδικασιών από τους ερευνητές, από την αντίληψη έως τη μνήμη. Είναι επίσης σημαντικό για τη διάγνωση και τη θεραπεία πολλών εγκεφαλικών ασθενειών, συμπεριλαμβανομένης της επιληψίας.
Είμαι ένας γνωστικός νευροεπιστήμονας που χρησιμοποιεί ΗΕΓ για να μελετήσει πώς οι άνθρωποι θυμούνται γεγονότα από το παρελθόν τους. Η 100ή επέτειος του ΗΕΓ είναι μια ευκαιρία να αναλογιστούμε τη σημασία αυτής της ανακάλυψης στη νευροεπιστήμη και την ιατρική.
Ανακάλυψη ΗΕΓ
Ψυχίατρος στις 6 Ιουλίου 1924 Χανς Μπέργκερ πραγματοποίησε την πρώτη καταγραφή ΗΕΓ σε άνθρωπο, ένα αγόρι 17 ετών που υποβλήθηκε σε νευροχειρουργική επέμβαση. Εκείνη την εποχή, ο Berger και άλλοι ερευνητές πραγματοποιούσαν ηλεκτρικές καταγραφές στον εγκέφαλο ζώων.
Αυτό που διέκρινε τον Μπέργκερ ήταν η εμμονή του να βρει τη φυσική βάση αυτού που αποκαλούσε ψυχική ενέργεια ή νοητική προσπάθεια στους ανθρώπους. Σε μια σειρά πειραμάτων που κάλυπταν την πρώιμη καριέρα του, ο Berger μέτρησε τον όγκο και τη θερμοκρασία του εγκεφάλου για να μελετήσει τις αλλαγές στις νοητικές διαδικασίες όπως η πνευματική εργασία, η προσοχή και η επιθυμία.
Στη συνέχεια άρχισε να καταγράφει την ηλεκτρική δραστηριότητα. Αν και κατέγραψε τα πρώτα ίχνη ΗΕΓ στον ανθρώπινο εγκέφαλο το 1924, δεν δημοσίευσε τα αποτελέσματα μέχρι το 1929. Αυτά τα πέντε χρόνια που μεσολάβησαν ήταν μια αγωνιώδης περίοδος αμφιβολίας για τον εαυτό του σχετικά με την πηγή του σήματος ΗΕΓ στον εγκέφαλο και την τελειοποίηση του πειραματικού εγκατάσταση. Ο Μπέργκερ κατέγραψε εκατοντάδες ΗΕΓ σε διάφορα θέματα, συμπεριλαμβανομένων των δικών του παιδιών, βιώνοντας τόσο πειραματικές επιτυχίες όσο και αποτυχίες.
Τελικά πείστηκε για τα αποτελέσματά του, δημοσίευσε μια σειρά άρθρων στο περιοδικό Archiv für Psychiatrie και ήλπιζε για ένα βραβείο Νόμπελ. Δυστυχώς, η ερευνητική κοινότητα αμφέβαλλε για τα αποτελέσματά του και πέρασαν χρόνια προτού οποιοσδήποτε άλλος αρχίσει να χρησιμοποιεί EEG στη δική του έρευνα.
Το 1940, ο Μπέργκερ ήταν τελικά υποψήφιος για το βραβείο Νόμπελ. Ωστόσο, λόγω του Β’ Παγκοσμίου Πολέμου και της γερμανικής κατοχής της Νορβηγίας, δεν απονεμήθηκαν βραβεία Νόμπελ σε καμία κατηγορία εκείνη τη χρονιά.
Νευρικές ταλαντώσεις
Όταν πολλοί νευρώνες είναι ενεργοί ταυτόχρονα, παράγουν ένα ηλεκτρικό σήμα αρκετά ισχυρό ώστε να διαδοθεί αμέσως μέσω του αγώγιμου ιστού του εγκεφάλου, του κρανίου και του τριχωτού της κεφαλής. Τα ηλεκτρόδια EEG που είναι προσαρτημένα στην κεφαλή μπορούν να καταγράψουν αυτά τα ηλεκτρικά σήματα.
Από την ανακάλυψη του ΗΕΓ, οι ερευνητές έχουν δείξει ότι η νευρική δραστηριότητα ταλαντώνεται σε συγκεκριμένες συχνότητες. Στις πρώτες του ηχογραφήσεις EEG το 1924, ο Berger διαπίστωσε ότι η κυρίαρχη ταλαντωτική δραστηριότητα ταλαντωνόταν οκτώ έως δώδεκα φορές ανά δευτερόλεπτο, ή 8 έως 12 hertz, που ονομάζονται ταλαντώσεις άλφα. Από την ανακάλυψη των ρυθμών άλφα, έχουν γίνει πολλές προσπάθειες να κατανοηθεί πώς και γιατί οι νευρώνες ταλαντώνονται.
Οι νευρικές ταλαντώσεις πιστεύεται ότι είναι σημαντικές για την αποτελεσματική επικοινωνία μεταξύ εξειδικευμένων περιοχών του εγκεφάλου. Για παράδειγμα, οι ταλαντώσεις θήτα με συχνότητα 4 έως 8 hertz είναι σημαντικές για την επικοινωνία μεταξύ των περιοχών του εγκεφάλου που εμπλέκονται στην αποθήκευση και ανάκτηση μνήμης σε ζώα και ανθρώπους.
Οι ερευνητές στη συνέχεια εξέτασαν εάν μπορούσαν να αλλάξουν τις νευρωνικές ταλαντώσεις και έτσι να επηρεάσουν την επικοινωνία μεταξύ των νευρώνων. Μελέτες έχουν δείξει ότι πολλές συμπεριφορικές και μη επεμβατικές μέθοδοι μπορούν να αλλάξουν τις νευρωνικές ταλαντώσεις και να οδηγήσουν σε αλλαγές στη γνωστική απόδοση. Η εκτέλεση ορισμένων νοητικών δραστηριοτήτων μπορεί να προκαλέσει νευρικές ταλαντώσεις στις συχνότητες που χρησιμοποιούν αυτές οι νοητικές δραστηριότητες. Για παράδειγμα, η έρευνα της ομάδας μου διαπίστωσε ότι ο διαλογισμός ενσυνειδητότητας μπορεί να αυξήσει τις ταλαντώσεις της συχνότητας θήτα και να βελτιώσει την ανάκληση της μνήμης.
Οι μη επεμβατικές μέθοδοι διέγερσης του εγκεφάλου μπορούν να στοχεύουν συγκεκριμένα συγκεκριμένες συχνότητες. Για παράδειγμα, η συνεχιζόμενη έρευνα της ομάδας μου διαπίστωσε ότι η διέγερση του εγκεφάλου στη συχνότητα θήτα μπορεί να οδηγήσει σε βελτιωμένη ανάκληση μνήμης.
Τα ΗΕΓ έχουν επίσης οδηγήσει σε σημαντικές ανακαλύψεις σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος επεξεργάζεται τις πληροφορίες σε πολλές άλλες γνωστικές περιοχές. Αυτό περιλαμβάνει την αντίληψη του περιβάλλοντος, την εστίαση της προσοχής, την επικοινωνία χρησιμοποιώντας τη γλώσσα και την επεξεργασία των συναισθημάτων.
Διάγνωση και θεραπεία εγκεφαλικών παθήσεων
Τα ΗΕΓ χρησιμοποιούνται πλέον ευρέως για τη διάγνωση διαταραχών ύπνου και επιληψίας, καθώς και για την καθοδήγηση της θεραπείας εγκεφαλικών ασθενειών.
Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν ηλεκτροεγκεφαλογραφήματα για να μελετήσουν εάν η μνήμη μπορεί να βελτιωθεί μέσω μη επεμβατικής εγκεφαλικής διέγερσης. Αν και η έρευνα βρίσκεται ακόμη σε αρχικό στάδιο, υπάρχουν ήδη κάποια πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα. Για παράδειγμα, μια μελέτη διαπίστωσε ότι η μη επεμβατική διέγερση του εγκεφάλου χρησιμοποιώντας συχνότητα γάμμα (25 hertz) βελτίωσε τη μνήμη και τη μετάδοση νευροδιαβιβαστών σε ασθενείς με Αλτσχάιμερ.
Ένας νέος τύπος μη επεμβατικής εγκεφαλικής διέγερσης, που ονομάζεται χρονική παρεμβολή, χρησιμοποιεί δύο υψηλές συχνότητες για να παράγει νευρική δραστηριότητα που αντιστοιχεί στη διαφορά μεταξύ των συχνοτήτων διέγερσης. Οι υψηλές συχνότητες μπορούν να διεισδύσουν στον εγκέφαλο καλύτερα και να φτάσουν στην περιοχή στόχο. Οι ερευνητές δοκίμασαν πρόσφατα αυτή τη μέθοδο σε ανθρώπους, χρησιμοποιώντας 2.000 hertz και 2.005 hertz για να στείλουν συχνότητες θήτα 5 hertz σε μια σημαντική περιοχή του εγκεφάλου για τη μνήμη, τον ιππόκαμπο. Αυτό οδήγησε σε βελτιώσεις στην απομνημόνευση του ονόματος που σχετίζεται με ένα πρόσωπο.
Αν και αυτά τα αποτελέσματα είναι πολλά υποσχόμενα, απαιτείται περαιτέρω έρευνα για να κατανοηθεί ο ακριβής ρόλος των νευρικών ταλαντώσεων στη γνωστική λειτουργία και κατά πόσον η αλλαγή τους μπορεί να οδηγήσει σε μόνιμες βελτιώσεις στη γνώση.
Το μέλλον του ΗΕΓ
Η 100ή επέτειος του ΗΕΓ προσφέρει μια ευκαιρία να αναλογιστούμε τι μας έχει διδάξει για το πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος και τι μπορεί να επιτύχει αυτή η τεχνολογία στο μέλλον.
Σε μια έρευνα που ανατέθηκε από το περιοδικό Nature Human Behavior, πάνω από 500 ερευνητές που χρησιμοποιούν ΗΕΓ στην εργασία τους κλήθηκαν να προβλέψουν το μέλλον της τεχνολογίας. Τι θα είναι δυνατό με τα ΗΕΓ τα επόμενα 100 χρόνια;
Ορισμένοι ερευνητές, συμπεριλαμβανομένου και εμένα, πιστεύουν ότι θα χρησιμοποιήσουμε ηλεκτροεγκεφαλογραφήματα για τη διάγνωση και τη συγκεκριμένη θεραπεία εγκεφαλικών ασθενειών. Άλλοι προβλέπουν ότι το προσιτό, φορητό ΗΕΓ θα χρησιμοποιηθεί ευρέως για τη βελτίωση της γνωστικής λειτουργίας στο σπίτι ή θα ενσωματωθεί απρόσκοπτα σε εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας. Οι δυνατότητες είναι τεράστιες.
Αυτό το άρθρο προσαρμόστηκε από το The Conversation, έναν μη κερδοσκοπικό, ανεξάρτητο ειδησεογραφικό οργανισμό που σας φέρνει γεγονότα και αξιόπιστες αναλύσεις για να σας βοηθήσει να κατανοήσετε τον περίπλοκο κόσμο μας. Το έγραψε: Erika Nyhus, Κολέγιο Bowdoin
Διαβάστε περισσότερα:
Η Erika Nyhus λαμβάνει οικονομική υποστήριξη από το Εθνικό Ινστιτούτο Υγείας και το Εθνικό Ινστιτούτο Ψυχικής Υγείας.