تزامن موجات الدماغ

يشير مصطلح تزامن موجات الدماغ ، والذي يُشار إليه أيضًا باسم تزامن موجات الدماغ أو التزامن العصبي ، إلى ملاحظة أن موجات الدماغ (التذبذبات الكهربائية واسعة النطاق في الدماغ) ستتزامن بشكل طبيعي مع إيقاع المحفزات الخارجية الدورية، مثل الأضواء الوامضة، ^{[ 1 ]} الكلام، ^{[ 2 ]} الموسيقى، ^{[ 3 ]} أو المحفزات اللمسية.

بما أن حالات الوعي المختلفة قد ترتبط بترددات موجات دماغية سائدة مختلفة، ^{[ 4 ]} يُفترض أن تزامن موجات الدماغ قد يُحفز حالة مرغوبة. وقد وجد الباحثون، على سبيل المثال، أن التزامن الصوتي لموجات دلتا في نوم الموجة البطيئة كان له تأثير وظيفي يتمثل في تحسين الذاكرة لدى الأفراد الأصحاء. ^{[ 5 ]}

يرتكز مفهوم تزامن موجات الدماغ على عدة رؤى أساسية. وقد خضعت العلاقة بين النشاط العصبي والمؤثرات الخارجية للدراسة منذ اكتشافات بيرغر (مخترع تخطيط كهربية الدماغ ) في أواخر عشرينيات القرن الماضي. وقد سجل بيرغر عدم تزامن مرتبط بالحدث لإيقاع ألفا المستمر، والذي يتجلى في انخفاض سعة موجات ألفا بعد التحفيز. ^{[ 6 ]}

ظهر مفهوم التزامن في العلوم في منتصف القرن العشرين، باعتباره تنشيطًا لإشارة توقيتية لإيقاع بيولوجي، وهو عبارة عن مذبذب بيولوجي وراثي . يتذبذب هذا المذبذب الكيميائي الحيوي في الحيوانات بطور ثابت ويتزامن مع التوقيت الشمسي. يصف مفهوم التزامن قدرة الحيوانات على التزامن مع بعضها البعض أو مع المؤثرات الخارجية. ^{[ 7 ]} في عام 1971، كان البروفيسور آشوف وزملاؤه روادًا في دراسة التزامن في الأنظمة البيولوجية. أظهرت تجاربهم أن الإشارات الاجتماعية تُزامن الإيقاعات البيولوجية البشرية. ^{[ 8 ]} بما أن علم وظائف الأعضاء يعكس إلى حد كبير النشاط العصبي، فإن هذا الاكتشاف يُثبت التزامن العصبي (أو تزامن موجات الدماغ) ويُبين أن التزامن العصبي مع المؤثرات الدورية الخارجية آلية أساسية في علم وظائف الأعضاء. ^{[ 9 ]}

في عام ١٩٨٨، ساهم الباحثان في علم وظائف الأعضاء، ليون غلاس ومايكل ماكاي، في فهم العمليات الديناميكية في علم وظائف الأعضاء من خلال شرح "الأمراض الديناميكية" التي تنشأ عن اضطرابات في تزامن الوظائف الحيوية. وقد استكشفا أسئلة نظرية مركزية حول الإيقاعات الفيزيولوجية من منظور علم الأحياء والطب والفيزياء والرياضيات. ^{[ ١٠ ]} وقد وفرت هذه المعرفة رؤى ثاقبة لتطوير نظرية الأنظمة المعقدة ، موضحةً كيف يؤثر اثنان أو أكثر من المذبذبات المستقلة ذاتية التشغيل ذات الإيقاعات أو الترددات المختلفة، عند وجودها في مكان قريب وقدرتها على التفاعل لفترة كافية، على بعضها البعض بدرجة تعتمد على قوة الاقتران. ^{[ ١١ ]}

في عام 1999، أثبت البروفيسور ثاوت وزملاؤه، في العديد من التجارب، أن التذبذبات الصوتية يمكن أن تحاكي أنماط الحركة لدى المرضى الذين يعانون من اضطرابات عصبية، مما أدى إلى ترسيخ استخدام التزامن العصبي في الطب. ^{[ 12 ]}

في عام ٢٠١٨، اكتشف البروفيسور مككراتي أن إشارة تخطيط القلب الكهربائي لشخص ما تُسجّل في تخطيط الدماغ الكهربائي لشخص آخر وفي أماكن أخرى من جسمه. ورغم أن هذه الإشارة كانت في أوج قوتها عند التلامس الجسدي، إلا أنها ظلت قابلة للكشف حتى عند التقارب الجسدي دون اتصال مباشر. ^{[ ١٣ ]} وقد أفاد البروفيسور غوردون وزملاؤه بوجود أدلة تجريبية على تشابه الفواصل الزمنية بين ضربات القلب (المقاسة بتخطيط القلب الكهربائي) لأفراد المجموعة نتيجةً لمذبذب إيقاعي خارجي. ^{[ ١٤ ]} وقد دعمت الدراسات الكمية الادعاء بأن معدلات ضربات القلب تتزامن عند التقارب الجسدي الشديد. ^{[ ١٥ ]}

في عام 2022، ابتكر البروفيسور بيجستروب أغر وزملاؤه علاجًا جديدًا لمرض الزهايمر، وهو تحفيز موجات الدماغ باستخدام وميض طيفي غير مرئي بتردد 40  هرتز. ^{[ 16 ]}

في عام 2023، قدم البروفيسور توماس ج. نيشتينغ من جامعة أيندهوفن للتكنولوجيا دليلاً على اقتران القلب بين الأم والجنين، والذي يشير إلى تزامن قلب الجنين مع إيقاعات قلب الأم. ^{[ 17 ]}

يُعدّ التفاعل بين الجهاز العصبي والقلب مجالًا بحثيًا ناشئًا. في عام 2024، اقترح البروفيسور اللاتفي إيغور فال دانيلوف نظريةً حول الأساس التطوري لتزامن موجات الدماغ مع التذبذبات الخارجية. وقد طوّر نموذجًا عصبيًا معرفيًا للأم والجنين ، يُقدّم رؤىً عصبيةً فيزيولوجيةً حول كيفية بدء الإدراك من خلال التزامن العصبي للجنين مع التذبذبات الطبيعية (المسماة بالتحفيز العصبي الطبيعي) التي يُنتجها جسم الأم. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

في عام 2024، توصل باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، بقيادة البروفيسور تاي هيون كيم، إلى أن التعرض اليومي للضوء والصوت بتردد 40 هرتز قد يحمي مرضى السرطان من الأضرار الناجمة عن العلاج الكيميائي ، وضعف الذاكرة، وغيرها من الآثار المعرفية. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

يعتمد تزامن موجات الدماغ مع إيقاع المحفزات الخارجية الدورية بشكل كبير على آليات تطورية. تفسر فرضية التحفيز العصبي الطبيعي تزامن موجات الدماغ كعمليات موروثة تطوريًا لتزامن الجهاز العصبي بين الأم والجنين أثناء الحمل، مما يضمن نمو الجهاز العصبي للجنين وبدء الوظائف الإدراكية. ^{[ 18 ] [ 19 ]} ووفقًا للرأي السائد في علم الإدراك، يرتبط ظهور الوظائف الإدراكية بالتنسيق الزمني للتذبذبات العصبية عبر مناطق الدماغ المختلفة. ^{[ ٢٢ ]} ترتبط معظم أنشطة الدماغ بأحداث تتعاون فيها مجموعات كبيرة من الخلايا العصبية، مُظهرةً تذبذبات في أربعة نطاقات ترددية، من الترددات المنخفضة جدًا (<٠.٠١  هرتز) إلى الترددات فائقة السرعة (٢٠٠  هرتز): دلتا (٠.٥-٤  هرتز)، ثيتا (٤-٨  هرتز)، نشاط ألفا (٨-١٣  هرتز)، بيتا (١٣-٣٠  هرتز)، وجاما (٣٠-٢٠٠  هرتز). ترتبط التذبذبات عالية التردد بالتنسيق الزمني لمجموعات الخلايا المحلية. وقد أشارت الأبحاث إلى أنها مُتمركزة في الزمان والمكان، مما يعكس التنشيط المتزامن لمجموعات أصغر من الخلايا. ^{[ 23 ]} بالنظر إلى انتشار الموجات عالية التردد في الأنسجة على مسافة بضعة ملليمترات فقط، ^{[ 24 ]} فإن فرضية التحفيز العصبي الطبيعي تفسر سبب تزامن التذبذبات عالية التردد من مناطق الجهاز العصبي غير المتصلة تشريحياً.

استنادًا إلى مراجعة العديد من الدراسات في علم الأعصاب، سلط البروفيسور فينك وزملاؤه الضوء على أربع فرضيات حول آلية التنسيق الزمني: ^{[ 25 ]}

(1) التزامن التذبذبي (التواصل من خلال التماسك)؛ ^{[ 26 ]}

(2) التواصل من خلال الرنين؛ ^{[ 27 ]}

(3) التكامل غير الخطي؛ ^{[ 28 ]} و

(4) نقل الإشارة الخطية (التماسك من خلال الاتصال). ^{[ 29 ]}

من بينها، تُعدّ فكرة تفاعلات موجات الدماغ لتزامن التذبذبات الشبكية الأكثر تأثيرًا. ^{[ 30 ]} ثمّ وسّع البروفيسور اللاتفي إيغور فال دانيلوف هذه النتائج. ويُجادل بأنّ تذبذبات القلب منخفضة التردد، في التنسيق الزمني، يُمكنها مُواءمة تذبذبات الدماغ عالية التردد عبر الجهاز العصبي، وذلك بفضل قانون التداخل. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 31 ]} في الواقع، في الفيزياء، عندما تتراكب موجات غير متماسكة، تكون شدة الموجة الناتجة مساوية لمجموع قوى الموجات المتراكبة. وتُشابه طاقة التذبذبات الناتجة لكل نقطة في الوسط مجموع طاقات تذبذباتها الناتجة عن جميع الموجات غير المتماسكة. لذا، يحدث التداخل عندما تتحد تذبذبتان: تُعدّل التذبذبات منخفضة التردد التذبذبات عالية التردد وتنشرها على مسافة انتشارها. في علم الأعصاب، يُطلق على هذا التداخل الموجي، حيث تُعدّل طور الإيقاع البطيء الأساسي قوة التذبذبات الأسرع، اسم التذبذبات المتداخلة. ونظرًا لقدرة الموجات منخفضة التردد على الانتشار لمسافات طويلة في أنسجة الجسم، تتزامن نبضات القلب مع تذبذبات الدماغ عالية التردد الصادرة من مناطق الجهاز العصبي غير المتصلة تشريحيًا. أي أن التداخل بين تذبذبات القلب وتذبذبات الدماغ عالية التردد ضروري للتنسيق الزمني، والمعالجة العصبية المتكاملة، والإدراك. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 31 ] [ 32 ]} خلال فترة الحمل، تُعزز تذبذبات قلب الأم النشاط العصبي لدى كلا الكائنين، اللذين يتعايشان في نفس السياق البيئي، أي المحفزات الصوتية من بيئة الأم. تشمل بيئة الجنين التفاعلات الفيزيائية والكيميائية مع جسم الأم، بالإضافة إلى الأصوات الصادرة من بيئتها والتي تصل إلى الجهاز السمعي للجنين. وبهذه الطريقة، تحفز التفاعلات الفيزيائية بين الأم والجنين إدراك الجنين. وبفضل التزامن العصبي، تصبح ردود فعل معينة للجهاز العصبي الناضج نموذجًا للكائن الحي في المراحل المبكرة من تطور الإدراك، ومن ثمّ، المعرفة. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 31 ] [ 32 ]}

بحسب البروفيسور فال دانيلوف، يُعدّ المجال الكهرومغناطيسي للأم، والموجات الصوتية المعقدة، وبيئة الأم عوامل أساسية في النمو السليم للجهاز العصبي للطفل. ^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]} ويتعلم الجهاز العصبي للجنين التفاعل بنفس طريقة استجابة الجهاز العصبي للأم للمؤثرات. ويساهم اقتران الجهازين العصبيين في إدراك المؤثرات البيئية في بدء الإدراك وتطور المشاعر من خلال ربط الإشارات العاطفية بالمؤثرات التي تُنشّط المسارات العصبية لردود الفعل البسيطة. ^{[ 36 ]}

التذبذبات العصبية هي نشاط كيميائي كهربائي إيقاعي أو متكرر في الدماغ والجهاز العصبي المركزي . ^{[ 37 ]} يمكن تمييز هذه التذبذبات من خلال ترددها وسعتها وطورها . يمكن للأنسجة العصبية ^توليد نشاط تذبذبي مدفوع بآليات داخل الخلايا العصبية الفردية ، وكذلك من خلال التفاعلات بينها. وقد تقوم أيضًا بتعديل التردد للتزامن مع الاهتزاز الدوري للمؤثرات الصوتية أو البصرية الخارجية . ^{[ 38} ] ^{[ 39 ]}

يُولد نشاط الخلايا العصبية تيارات كهربائية ؛ وينتج عن العمل المتزامن لمجموعات الخلايا العصبية في القشرة الدماغية، والتي تضم أعدادًا كبيرة من الخلايا العصبية ، تذبذبات ماكروسكوبية . ويمكن رصد هذه الظواهر وتوثيقها بيانيًا بواسطة تخطيط كهربية الدماغ (EEG). ويُشار عادةً إلى تمثيلات تخطيط كهربية الدماغ لهذه التذبذبات بمصطلح "موجات الدماغ" في اللغة الدارجة. ^{[ 40 ] [ 41 ]}

نشأت تقنية تسجيل النشاط الكهربائي العصبي داخل الدماغ من القراءات الكهروكيميائية المأخوذة من فروة الرأس مع تجارب ريتشارد كاتون في عام 1875، والتي تم تطوير نتائجها إلى تخطيط كهربية الدماغ بواسطة هانز بيرغر في أواخر عشرينيات القرن العشرين. ^{[ 42 ]}

لا يزال الدور الوظيفي للتذبذبات العصبية غير مفهوم تمامًا؛ ^{[ 43 ]} ومع ذلك، فقد ثبت ارتباطها بالاستجابات العاطفية، والتحكم الحركي، وعدد من الوظائف المعرفية بما في ذلك نقل المعلومات، والإدراك، والذاكرة. ^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]} وعلى وجه التحديد، ترتبط التذبذبات العصبية، وخاصة نشاط موجات ثيتا ، ارتباطًا وثيقًا بوظيفة الذاكرة، ويُعتبر الترابط بين نشاط موجات ثيتا وجاما حيويًا لوظائف الذاكرة، بما في ذلك الذاكرة العرضية . ^{[ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]}

التزامن هو مفهوم حدده الفيزيائي الهولندي كريستيان هويغنز لأول مرة في عام 1665، والذي اكتشف هذه الظاهرة خلال تجربة أجراها على ساعات البندول : قام بتشغيل كل منها ووجد أنه عندما عاد في اليوم التالي، كان تأرجح بندولاتها قد تزامنت جميعها. ^{[ 50 ]}

يحدث هذا التزامن نتيجة انتقال كميات ضئيلة من الطاقة بين النظامين عندما يكونان خارج الطور ، مما يُنتج تغذية راجعة سلبية . ومع استقرار الطور بينهما، تتناقص كمية الطاقة تدريجيًا حتى تصل إلى الصفر، حيث يتباطأ النظام ذو التردد الأعلى، بينما يتسارع النظام الآخر. ^{[ 51 ]}

يُستخدم مصطلح "التزامن" لوصف ميل مشترك لدى العديد من الأنظمة الفيزيائية والبيولوجية إلى مزامنة دوريتها وإيقاعها من خلال التفاعل. وقد تم تحديد هذا الميل على أنه ذو صلة خاصة بدراسة الصوت والموسيقى عمومًا، والإيقاعات الصوتية خصوصًا. ومن أكثر الأمثلة شيوعًا على التزامن العصبي الحركي مع المحفزات الصوتية ما يُلاحظ في النقر التلقائي بالقدم أو الأصابع على إيقاع أغنية ما .

تتشابه الموجات الدماغية، أو التذبذبات العصبية ، في مكوناتها الأساسية مع الموجات الصوتية والضوئية ، بما في ذلك التردد والسعة والدورية. ونتيجةً لذلك، حفّز اكتشاف هيغنز البحث في إمكانية تغير النشاط الكهربائي المتزامن للمجموعات العصبية القشرية استجابةً للمؤثرات الصوتية أو الضوئية الخارجية ، بالإضافة إلى إمكانية تزامن ترددها مع تردد مؤثر محدد. ^{[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ]}

إن تزامن موجات الدماغ هو مصطلح عامي لـ "التزامن العصبي"، ^{[ 9 ]} وهو مصطلح يستخدم للدلالة على الطريقة التي يمكن بها للتردد الإجمالي للتذبذبات الناتجة عن النشاط الكهربائي المتزامن في مجموعات من الخلايا العصبية القشرية أن يتكيف مع الاهتزاز الدوري للمحفزات الخارجية، مثل التردد الصوتي المستمر الذي يُدرك على أنه درجة صوتية ، أو نمط متكرر بانتظام من الأصوات المتقطعة، يُدرك على أنه إيقاع، أو ضوء وامض متقطع إيقاعيًا بانتظام.

• ويل يو، بيرغ إي (31 أغسطس 2007). " تزامن موجات الدماغ وتناغمها مع المحفزات الصوتية الدورية". رسائل علم الأعصاب . 424 (1): 55-60 . doi : 10.1016/j.neulet.2007.07.036 . PMID 17709189. S2CID 18461549 .  
• كيتاجو، ك. هاناكاوا، T.؛ إلمونيمي، آر جيه؛ مينيوسي، سي. (2015). الأساليب التلاعبية لديناميات الدماغ البشري . موضوعات بحث الحدود. فرونتيرز ميديا ​​سا. ص.  165. ردمك 978-2-88919-479-7.
• ثاوت، إم إتش، الإيقاع والموسيقى والدماغ: الأسس العلمية والتطبيقات السريرية (دراسات في أبحاث الموسيقى الجديدة). نيويورك، نيويورك: روتليدج، 2005.
• بيرغر، ج. وتورو، ج. (محرران)، الموسيقى، والعلوم، والدماغ الإيقاعي  : الآثار الثقافية والسريرية. نيويورك، نيويورك: روتليدج، 2011.

• بيانات متعلقة بتزامن موجات الدماغ على ويكي بيانات
• هذا هو دماغك أثناء التواصل | أوري حسون (محاضرة TED)