大腦皮層負責哺乳動物的高階認知功能，它被分為六個不同的物理層，這些物理層以不同的細胞型別、大小和連線為標誌——新的研究表明，這些層也專門生成不同的腦電波。外層似乎處理感覺輸入，而更深層則控制大腦如何處理由此產生的資訊。
這項新的研究發表在《自然·神經科學》上，表明快速的伽馬波通常起源於外層，而較慢的阿爾法波和貝塔波則產生於更深層。這在包括人類在內的14個皮質區域和四個物種中都是如此。“當你看到[一種模式]如此普遍和穩健時，你就知道它正在做一些非常重要的事情，”該研究的資深作者之一、麻省理工學院神經科學家厄爾·米勒說。這些發現可能對理解——甚至治療——神經精神疾病具有意義。
透過多次實驗，研究人員在五隻獼猴的14個皮質區域中的每一個區域都發現了相同的模式。他們還在人類和其他靈長類動物的腦電波記錄中看到了它，並且他們發現小鼠的腦電波也遵循相同的梯度（儘管頻率範圍更廣）。
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皮質腦層厚度不到一毫米，單獨記錄非常具有挑戰性——因此，研究作者使用了包含多個電極的探針來一次測量所有層。一種演算法幫助他們查明瞭這些讀數來自哪些層，他們透過一項解剖學研究證實了這些起源。
“人們正在記錄來自皮質不同層的資訊，這真的很好，”波士頓大學的靈長類神經生物學家海倫·巴爾巴斯說。“他們掌握了大量關於這方面的資訊，這將激勵其他人效仿。”她也很好奇在那些不像測試區域那樣清晰地分為多層的皮質區域會發生什麼。
研究人員之前的研究表明，高頻腦電波編碼感覺資訊，而低頻腦電波代表控制訊號。“我們認為這實際上是你的大腦處理傳入的感覺資訊與其對該資訊的控制之間的平衡，”米勒說。如果這種區分是正確的，那麼這些腦電波之間的不平衡可能與神經精神疾病有關。例如，如果高頻占主導地位（意味著大腦過度處理感覺資訊），這可能會導致注意力問題或感覺超負荷。高頻活動過少可能與精神病有關，因為它會減少來自外部世界的資訊，增加大腦對內部產生訊號的依賴。
這項新的研究表明這些失配可能起源於哪些層。例如，已知精神分裂症患者的大腦高頻伽馬波減少。範德比爾特大學的共同第一作者安德烈·巴斯托斯和他的同事計劃檢查，在精神分裂症患者中，淺層中的特定細胞（可能參與產生這些腦電波）是否功能失調。