研究人员发现，在最顶层，神经元活动主要由称为伽马波的快速振荡主导。在较深层，称为阿尔法波和贝塔波的较慢振荡占主导地位。研究人员表示，这些模式的普遍性表明这些振荡可能在整个大脑中发挥着重要作用。

研究揭示了脑电波频率的普遍模式

厄尔·米勒(EarlMiller)说：“当你看到大脑皮层中一致且普遍存在的东西时，它就在大脑皮层的行为中发挥着非常重要的作用。”这项新研究的资深作者。

研究人员表示，这些振荡相互作用的不平衡可能与注意力缺陷多动障碍等大脑疾病有关。

“众所周知，过度同步的神经活动在癫痫中发挥着作用，现在我们怀疑不同的同步病理学可能会导致许多大脑疾病，包括感知、注意力、记忆和运动控制障碍。在管弦乐队中，一种乐器与其他乐器不同步演奏会破坏整首音乐的连贯性，”麻省理工学院麦戈文脑研究所所长、该研究的资深作者之一罗伯特·德西蒙(RobertDesimone)说道。

活动层次

人脑包含数十亿个神经元，每个神经元都有自己的电放电模式。具有相似模式的神经元组一起产生电活动或脑电波的振荡，这些振荡可以具有不同的频率。米勒的实验室此前表明，高频伽马节律与编码和检索感觉信息有关，而低频β节律则充当控制机制，决定从工作记忆中读出哪些信息。

他的实验室还发现，在前额叶皮层的某些部分，不同的大脑层表现出独特的振荡模式：表面振荡较快，深层振荡较慢。巴斯托斯在米勒实验室担任博士后时领导的一项研究表明，当动物执行工作记忆任务时，深层产生的低频节律调节浅层产生的高频伽马节律。

除了工作记忆之外，大脑皮层也是思想、计划以及情绪和感觉信息的高级处理的场所。在涉及这些功能的区域中，神经元排列成六层，每一层都有其独特的细胞类型组合以及与其他大脑区域的连接。

门多萨-哈利迪说：“无论是小鼠、人类还是任何哺乳动物物种，皮质在解剖学上都分为六层，这种模式存在于每个物种的所有皮质区域中。”“不幸的是，许多关于大脑活动的研究都忽略了这些层，因为当你记录神经元的活动时，很难理解它们在这些层的背景下的位置。”

在这篇新论文中，研究人员想要探索他们在前额叶皮层中看到的分层振荡模式是否更广泛，发生在皮层的不同部分和跨物种。

利用米勒实验室、德西蒙实验室以及范德堡大学、荷兰神经科学研究所和西安大略大学合作者实验室获得的数据，研究人员能够分析四种哺乳动物的14个不同的皮质区域。这些数据包括三名人类患者的电活动记录，作为他们正在进行的外科手术的一部分，这些患者的大脑中插入了电极。

过去，从各个皮层进行记录非常困难，因为每层的厚度不到一毫米，因此很难知道电极是从哪一层进行记录。在这项研究中，使用特殊电极记录电活动，该电极同时记录所有层，然后将数据输入作者设计的新计算算法，称为FLIP(基于频率的层识别程序)。该算法可以确定每个信号来自哪一层。

“最新的技术允许同时记录所有皮层层。这为微电路描绘了更广阔的视角，使我们能够观察这种分层图案，”梅杰说。“这项工作令人兴奋，因为它既提供了基本微电路模式的信息，又为研究大脑提供了一种强大的新技术。无论大脑是在执行任务还是在休息，都可以在短短5到10秒内观察到。”

在所有物种中，在每个研究区域中，研究人员都发现了相同的分层活动模式。

“我们对所有数据进行了大规模分析，看看是否能在皮层的所有区域找到相同的模式，瞧，它无处不在。这确实表明以前在几个区域看到的东西代表了整个皮质的基本机制，”门多萨-哈利迪说。

保持平衡

这些发现支持米勒实验室之前提出的一个模型，该模型提出大脑的空间组织有助于将高频振荡携带的新信息纳入由低频振荡维持的现有记忆和大脑过程中。。当信息从一层传递到另一层时，可以根据需要合并输入，以帮助大脑执行特定任务，例如烘焙新的饼干配方或记住电话号码。

巴斯托斯说：“正如我们所观察到的，这些频率层状分离的结果可能是允许浅层以较快的频率表示外部感官信息，而深层则以较慢的频率表示内部认知状态。”“高层次的含义是，皮质具有多种机制，涉及解剖和振荡，以将‘外部’信息与‘内部’信息分开。”

根据这一理论，高频振荡和低频振荡之间的不平衡可能会导致注意力缺陷，例如注意力缺陷多动症(当高频振荡占主导地位并且有太多感官信息进入时)，或者妄想症，例如精神分裂症(当低频振荡过多时)。强烈但没有足够的感官信息进入。

“自上而下的控制信号和自下而上的感觉信号之间的适当平衡对于皮层所做的一切都很重要，”米勒说。“当平衡出现问题时，你就会患上各种各样的神经精神疾病。”

研究人员现在正在探索测量这些振荡是否有助于诊断这些类型的疾病。研究人员表示，他们还在研究重新平衡振荡是否可以改变行为——这种方法有一天可以用于治疗注意力缺陷或其他神经系统疾病。

研究人员还希望与其他实验室合作，更详细地描述不同大脑区域的分层振荡模式。

“我们希望，有了足够多的标准化报告，我们将开始看到不同领域或功能的共同活动模式，这可能揭示一种通用的计算机制，可用于运动输出、视觉、记忆和注意力，等等，”门多萨-哈利迪说。