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研究描述了人为刺激大脑时会发生什么

通过电或其他方式刺激大脑可能有助于缓解各种神经系统和精神疾病的症状,该方法已经用于治疗从癫痫到抑郁症的疾病。

但是,当医生跳动大脑时会发生什么呢?

关于什么使这种技术有效,或者应该针对大脑的哪些区域来治疗不同的疾病知之甚少。

宾夕法尼亚大学和布法罗大学(UB)领导的一项新研究标志着填补这些知识空白的一步。该研究描述了对大脑单个区域的刺激如何影响其他区域的激活以及大脑中的大规模活动。

“我们对大脑刺激的作用还没有很好的理解,”第一作者,布法罗艺术与科学学院大学数学助理教授,UB的计算与数据专业核心教员Sarah Muldoon说。启用了科学与工程计划。“当临床医生患有某种疾病的患者时,他们如何确定大脑的哪些部位受到刺激?我们的研究是朝更好地了解大脑的连通性如何更好地为这些决定提供依据的一步。”

“如果看一下大脑的结构,它似乎是一个相互连接的区域的网络,它们以复杂的方式相互影响。我们在这项研究中提出的问题是,通过刺激单个区域可以激活多少大脑。我们发现,某些区域在受到刺激时能够很容易地将大脑引导到各种状态,而其他区域则没有那么大的作用。” Eduardo D. Glandt教授,欧洲生物工程学副教授Danielle Bassett说道。宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院。

这项研究是与陆军研究实验室的认知神经科学家Jean Vettel博士合作进行的;加州大学河滨分校的控制理论家Fabio Pasqualetti;加州大学圣塔芭芭拉分校的医学博士Scott Grafton和Matthew Cieslak;和宾夕法尼亚大学精神病学系的史谷。该研究发表在《PLOS计算生物学》上。

这项研究使用了一种计算模型来模拟八个人的大脑活动,这些人的大脑结构是使用扩散光谱成像(一种由MRI扫描仪拍摄的大脑图像)得出的数据进行映射的。该研究考察了刺激每个受试者大脑内83个区域中每个区域的影响。虽然结果因人而异,但出现了共同的趋势。

网络枢纽-通过大脑白质与大脑其他部位紧密相连的大脑区域-显示了研究人员所谓的“高功能效应”:刺激这些区域导致许多大脑区域的整体激活。

这种作用在两个已知包含多个区域中心的大脑子网络中尤为明显:皮层下网络(由相对较早演化且对情感处理至关重要的区域组成)和默认模式网络(其中由稍后演化的区域组成,对于一个人处于静止状态或未完成任何任务时的自我参照处理至关重要。

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