Upprätthålla nervkoden för den oroliga hjärnan
För första gången har forskare mätt fluktuerande djupa hjärnmönster under ett antal dagar. De fick en glimt av nervsystemet med lågt humör hos oroliga människor.
Även om vår förståelse av neuropsykiatriska tillstånd, som ångest och depression, har utvecklats med stormsteg genom åren, finns det fortfarande stora luckor i vår kunskap.
Att försöka dechiffrera de inre funktionerna i den mest komplicerade strukturen i universum är mycket svårt.
I en process som fortfarande verkar nära magi, vävs våra uppfattningar, vår känsla av jag och våra känslor i en upplevelse - medvetandet. Detta är resultatet av biljoner anslutningar mellan nervceller.
År av studier har avslöjat olika hjärnregioners roller. Vi vet till exempel att hippocampus är viktigt för minnet och att amygdala är involverad i bearbetning av känslor.
Att bara identifiera vilka regioner som är relaterade till särskilda aktiviteter ger oss dock ingen djup förståelse för hur hjärnan producerar ett så levande spektrum av upplevelser och känslor.
Gräva i komplexiteten i humör
Alla upplever känslomässiga upp- och nedgångar. För vissa människor kan fluktuationerna vara så allvarliga att deras liv störs avsevärt. Detta gör humör till ett viktigt ämne.
Ångeststörningar drabbar uppskattningsvis 40 miljoner vuxna i USA, och 2016 upplevde till exempel mer än 16 miljoner amerikanska vuxna minst en större depressiv episod.
Användningen av MR-skanningar och andra bildtekniker har gjort det möjligt för forskare att observera hjärnan i ny detalj.
Eftersom en deltagare ligger orörlig i en enhets lilla tunnel kan forskare presentera dem för känslomässigt laddade stimuli och sedan observera hur hjärnan reagerar, eftersom känslor förändras från positiva till negativa.
Även om dessa studier har låst upp information om hjärnans inre funktion, ligger det i en MR-skanner ungefär så långt från det verkliga livet som man kan komma.
Nyligen och för första gången har forskare utformat ett experiment som mäter de neurala korrelaten av humör i verkliga situationer.
Dr Edward Chang, en neurovetenskaplig, och Dr. Vikaas Sohal, Ph.D., en psykiater och neurovetenskapare, ledde teamet. Båda är medlemmar i University of California, San Francisco Weill Institute for Neurosciences.
Mäta hjärnaktivitet i realtid
Att observera den mänskliga hjärnans minut för minut-arbete krävde en unik grupp deltagare.
Forskarna rekryterade 21 personer med epilepsi som redan hade 40–70 elektroder implanterade på hjärnans yta och inom några djupare strukturer.
Deltagarna hade fått elektroderna som förberedelse för operation för att ta bort delar av hjärnan som var ansvariga för anfall.
Dessa implantat gjorde det möjligt för forskarna att kartlägga hjärnaktivitet i 7-10 dagar. Under hela denna tid registrerade deltagarna humörsförändringar med hjälp av ett tablettbaserat frågeformulär.
På detta sätt kunde forskarna korrelera humörsförändringar med hjärnaktivitet med hjälp av algoritmer, som studiens ledande författare, Lowry Kirkby, Ph.D., hade utformat. Gruppens resultat dök upp idag i tidskriften Cell.
Inneboende koherensnätverk
Innan forskarna studerade stämningsdagböckerna letade de efter hjärndata och letade efter inneboende koherensnätverk.
Dessa nätverk är grupper av hjärnregioner som tenderar att vara aktiva vid samma tidpunkter. Forskare anser att den samordnade aktiviteten innebär att regionerna arbetar tillsammans och kommunicerar.
När forskarna jämförde data från alla 21 deltagare fann de olika "klick" av hjärnregioner som regelbundet sköt ihop med samma frekvens.
Hos 13 av deltagarna var en klick särskilt aktiv. En tidigare bedömning av denna grupp visade att de alla upplevde relativt höga ångestnivåer.
Uppgifterna visade att när denna klick var aktiv korrelerade den med känslor av dåligt humör.
Specifikt observerade forskarna kombinerad aktivitet i hippocampus och amygdala. Aktiviteten bestod av betavågor, som bildade en rytm som forskare tidigare hade kopplat till oroligt tänkande.
Att hitta ett så tydligt mönster i gruppernas hjärnaktivitet gjorde forskarna förskräckta.
"Vi blev ganska förvånade över att identifiera en enda signal som nästan helt stod för anfall av deprimerad humör i en så stor uppsättning människor."
Dr. Vikaas Sohal, Ph.D.
Bara början
Studien markerade början på denna undersökning, så att möta ett sådant tydligt tydligt mönster tidigt var välkommet. Som Dr. Sohal säger, "Att hitta en så kraftfull informativ biomarkör var mer än vad vi hade förväntat oss i detta skede av projektet."
Att upptäcka den karakteristiska hjärnaktiviteten hos 13 deltagare var lika överraskande som att notera dess frånvaro hos de andra, som inte hade så uttalad ångest.
Dessa resultat kan ge ledtrådar om de olika sätt som människor som är benägna att ångest bearbetar emotionell information.
"Baserat på vad vi vet om dessa hjärnstrukturer antyder detta att interaktioner mellan amygdala och hippocampus kan vara kopplade till att återkalla emotionella minnen, och att denna väg är särskilt stark hos personer med hög ångestnivå, vars humör då kan påverkas starkt genom att påminna om känslomässiga minnen, säger Dr. Sohal.
Mycket mer arbete kommer att följa, men Dr Sohal är redan upphetsad över resultaten. Han förklarar: "Som psykiater är det mycket tillfredsställande att börja kunna tillhandahålla en konceptuell ram för patienterna för att hjälpa dem att förstå vad de går igenom när de känner sig nere."
Detta arbete kan också bidra till avancerad diagnostik. Dr. Chang förklarar, "Resultaten har vetenskapliga konsekvenser för vår förståelse av hur specifika hjärnregioner bidrar till humörsjukdomar, men också praktiska konsekvenser för att identifiera biomarkörer som kan användas för ny teknik som är utformad för att behandla dessa störningar."
