哺乳动物的高级认知功能需要依靠大脑皮层的活动。根据细胞种类、大小和连接方式的差异，大脑皮层可以分为由浅到深的6层。新研究显示，这些细分的层也会分别产生不同的脑波。其中，浅层负责处理输入的感官信息，处理后产生的信息则交由深层负责。
这项发表于《自然·神经科学》（Nature Neuroscience）的新研究表明，较快的γ波通常起源于浅层，较慢的α波和β波则出现在皮层深处。研究检测了包括人类在内的4个物种，涉及了14个皮层区域，结果都观察到了这一规律。
“当你观察到一种普遍存在并且非常稳定的模式时，你就知道它肯定发挥着很重要的作用，”这项研究的共同作者、美国麻省理工学院的神经科学家厄尔·米勒（Earl Miller）这样表示。这些发现对于理解甚至治疗神经疾病具有重大意义。
通过多项实验，研究团队在5只猕猴的14个皮层区域中都发现了相同的活动模式。他们在人类及其他灵长类动物的脑波中也看到了这种模式。研究团队甚至发现，小鼠的脑波虽然频率范围更宽，但也与灵长类一样，会呈现出类似随皮层深度发生的梯度变化。
大脑皮层每一层的厚度都不足一毫米，因此想要单独记录每一层的活动非常困难。为此，研究者在使用的探针上连续设置了多个电极，随后再用算法识别读数分别来自皮层的哪一层，最终通过解剖学方法确认对应的来源。
美国波士顿大学的灵长类神经生物学家海伦·巴尔巴斯（Helen Barbas）表示：“能分别记录大脑皮层不同层的活动真是太好了。这项研究获得了许多信息，这会鼓励更多人跟进研究。”巴尔巴斯也好奇，除了这项研究测试的区域，没有明确分层的大脑皮层区域会如何活动。
此前，该研究团队曾发现，高频脑波编码感官信息，低频脑波代表控制信号。
米勒也表示：“我们认为，这实际上构成了大脑处理感官信息输入和控制信号输出之间的平衡。”如果这一推测正确，那么两种脑波的不平衡就可能和神经系统疾病有关。例如，如果高频脑波占据主导（意味着大脑超额处理感官信息），就可能会导致注意力相关问题或感官超载。而高频脑波不足则可能与精神障碍有关，因为这会导致大脑对外部世界输入信息的处理减少，加重大脑对内部发生信号的依赖。
这项新研究还讨论了可能导致脑波比例失衡的皮层区域。例如，精神分裂症患者往往伴随着高频γ脑波减少。接下来，这项研究的通讯作者、美国范德堡大学的安德烈·巴斯托斯（Andre Bastos）和同事计划检查精神分裂症患者大脑皮层浅层，看其中可能参与产生高频脑波的特定细胞是否存在功能障碍。