大脑皮层负责哺乳动物的高级认知功能，它被分为六个不同的物理层，这些物理层以不同的细胞类型、大小和连接为标志——新的研究表明，这些层也专门生成不同的脑电波。外层似乎处理感觉输入，而更深层则控制大脑如何处理由此产生的信息。
这项新的研究发表在《自然·神经科学》上，表明快速的伽马波通常起源于外层，而较慢的阿尔法波和贝塔波则产生于更深层。这在包括人类在内的14个皮质区域和四个物种中都是如此。“当你看到[一种模式]如此普遍和稳健时，你就知道它正在做一些非常重要的事情，”该研究的资深作者之一、麻省理工学院神经科学家厄尔·米勒说。这些发现可能对理解——甚至治疗——神经精神疾病具有意义。
通过多次实验，研究人员在五只猕猴的14个皮质区域中的每一个区域都发现了相同的模式。他们还在人类和其他灵长类动物的脑电波记录中看到了它，并且他们发现小鼠的脑电波也遵循相同的梯度（尽管频率范围更广）。
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皮质脑层厚度不到一毫米，单独记录非常具有挑战性——因此，研究作者使用了包含多个电极的探针来一次测量所有层。一种算法帮助他们查明了这些读数来自哪些层，他们通过一项解剖学研究证实了这些起源。
“人们正在记录来自皮质不同层的信息，这真的很好，”波士顿大学的灵长类神经生物学家海伦·巴尔巴斯说。“他们掌握了大量关于这方面的信息，这将激励其他人效仿。”她也很好奇在那些不像测试区域那样清晰地分为多层的皮质区域会发生什么。
研究人员之前的研究表明，高频脑电波编码感觉信息，而低频脑电波代表控制信号。“我们认为这实际上是你的大脑处理传入的感觉信息与其对该信息的控制之间的平衡，”米勒说。如果这种区分是正确的，那么这些脑电波之间的不平衡可能与神经精神疾病有关。例如，如果高频占主导地位（意味着大脑过度处理感觉信息），这可能会导致注意力问题或感觉超负荷。高频活动过少可能与精神病有关，因为它会减少来自外部世界的信息，增加大脑对内部产生信号的依赖。
这项新的研究表明这些失配可能起源于哪些层。例如，已知精神分裂症患者的大脑高频伽马波减少。范德比尔特大学的共同第一作者安德烈·巴斯托斯和他的同事计划检查，在精神分裂症患者中，浅层中的特定细胞（可能参与产生这些脑电波）是否功能失调。