大脑以多种尺度处理信息。单个细胞在电路中以电化学方式传输信号，但在产生认知所需的大规模中，数百万个细胞协同行动，由不同频率的节律信号驱动。一组神经科学家在一篇新评论文章中指出，研究一个特定的频率范围，即大约 14-30 Hz 之间的 beta 节律，是了解大脑如何控制认知过程(或在某些疾病中失去控制)的关键。

科学家们利用实验数据、数学建模和理论，提出 β 节律爆发通过调节较高伽马频率波在何时何地协调神经元以整合来自感官的新信息或制定行动计划来控制大脑的认知。他们认为，β 爆发可以快速建立灵活但受控的神经活动模式，以实现有意识的思考。

“认知取决于组织目标导向的思维，所以如果你想了解认知，你就必须了解这种组织，”合著者 厄尔·K·米勒 (Earl K. Miller)说，他是皮考尔学习与记忆研究所和大脑系的皮考尔教授。和麻省理工学院的认知科学。 “贝塔是可以在正确的空间尺度上控制神经元以产生有组织的思维的频率范围。”

米勒及其同事卡罗林斯卡医学院的米凯尔·伦德奎斯特 (Mikael Lundqvist)、乔纳坦·诺德马克 (Jonatan Nordmark) 和约翰·利杰福斯 (Johan Liljefors) 以及瑞典皇家理工学院的帕维尔·赫尔曼 (Pawel Herman) 写道，研究β节律的爆发以了解它们是如何出现的以及它们代表什么，不仅有助于解释认知，还有助于诊断和治疗认知障碍。

“鉴于β振荡在认知中的相关性，我们预计生物标志物识别实践将发生重大变化，特别是考虑到β爆发在抑制控制过程中的突出地位……及其在多动症、精神分裂症和阿尔茨海默氏病中的重要性，”他们在《认知科学趋势杂志 。

测试版数据

作者写道，涵盖人类在内的多个物种、各种大脑区域和众多认知任务的实验研究揭示了皮质中β波的关键特征：β节律以快速但强大的爆发形式发生;它们抑制高频伽马节律的力量;尽管它们起源于更深的大脑区域，但它们在皮层的特定位置内传播。综合考虑这些特性，作者写道，它们都与伽马节律活动在空间和时间上的精确和灵活的调节一致，实验表明伽马节律活动携带感觉信息和运动计划的信号。

作者写道：“因此，β 爆发为研究如何选择性地处理感觉输入、通过抑制性认知操作重塑并最终导致运动动作提供了新的机会。”

举个例子，米勒和他的同事在动物身上证明，在工作记忆任务中的前额皮质中，当伽玛活动可以存储新的感觉信息时，贝塔会直接爆发，在需要使用时读出信息，然后在需要时丢弃它。不再相关。另一个例子，其他研究人员表明，当人类志愿者被要求抑制先前学到的单词对之间的关​​联，或者忘记某个提示，因为它不再在任务中使用时，贝塔值就会上升。

在去年的一篇论文中，伦德奎斯特、赫尔曼、米勒等人援引了几项实验证据，假设β爆发 在脑内空间上实现认知控制，本质上限制了皮质的区块代表任务的一般规则，即使这些区块内的单个神经元代表信息的具体内容。例如，如果工作记忆任务是记住挂锁的组合，β节律将实现皮质的区块“左转”、“右转”、“再左转”的一般步骤，从而允许γ节律使每个区块内的神经元存储并在之后回忆起组合的具体数字。他们指出，这种组织原则的双重价值在于，大脑可以快速地将任务规则同时应用于许多神经元，而且如果单个数字发生变化(即设置了新的组合)，不必重新建立任务的整体结构。

作者写道，β爆发的另一个重要现象是它们在大脑中长距离传播，跨越多个区域。研究它们空间旅行的方向以及时间，可以进一步阐明认知控制是如何实施的。

新想法产生新问题

β 节律爆发不仅在频率上有所不同，而且在持续时间、幅度、起源和其他特征上也有所不同。作者写道，这种多样性说明了它们的多功能性，但也迫使神经科学家研究和理解这种现象的多种不同形式及其代表的含义，以从这些神经信号中获取更多信息。

“它很快就变得非常复杂，但我认为β爆发最重要的方面是它非常简单和基本的前提，即它们揭示了与认知相关的振荡和神经过程的瞬态性质，”伦德奎斯特说。“这改变了我们的认知模型，并将影响我们所做的一切。长期以来，我们隐含或明确地假设振荡是持续的，这影响了实验和分析。现在我们看到了第一波基于这种新思维的研究，有了新的假设和分析数据的方法，它应该会在未来几年内迅速发展。”

作者承认另一个必须通过进一步研究解决的主要问题——β爆发最初是如何出现的，以在认知控制中发挥其明显的作用?

作者写道：“尚不清楚β爆发是如何作为级联到大脑其他区域的执行命令的中介而出现的。”

作者并不声称拥有所有答案。相反，他们写道，因为β节律似乎在控制认知方面发挥着不可或缺的作用，因此尚未解答的问题值得提出。

他们总结道：“我们认为，β 爆发为实验和计算研究提供了一个探索认知功能的实时组织和执行的窗口。” “为了充分利用这一潜力，需要用新的实验范式、分析方法和建模方法来解决悬而未决的问题。”