Форма мозга влияет на то, как мы думаем и чувствуем
На протяжении более века исследователи считали, что модели активности мозга, которые определяют наш опыт, надежды и мечты, определяются тем, как разные области мозга взаимодействуют друг с другом через сложную сеть из триллионов клеточных соединений.
Теперь исследование под руководством исследователей из Института мозга и психического здоровья Тернера Университета Монаша изучило более 10 000 различных карт активности человеческого мозга и обнаружило, что общая форма мозга человека оказывает гораздо большее влияние на то, как мы думаем, чувствуем. и вести себя, чем его сложная нейронная связь.
Исследование, опубликованное в журнале Nature, объединяет подходы физики, нейронауки и психологии, чтобы перевернуть вековую парадигму, подчеркивающую важность сложной связи мозга, вместо выявления ранее недооцененной взаимосвязи между формой мозга и активностью.
Ведущий автор и научный сотрудник доктор Джеймс Панг из Института Тернера и Школы психологических наук Университета Монаша сказал, что полученные результаты важны, потому что они значительно упрощают то, как мы можем изучать, как мозг функционирует, развивается и стареет.
Работа открывает возможности для понимания последствий таких заболеваний, как слабоумие и инсульт, путем рассмотрения моделей формы мозга, с которыми гораздо проще иметь дело, чем с моделями полного набора связей мозга. Мы долго думали, что определенные мысли или ощущения вызывают активность в определенных частях мозга, но это исследование показывает, что структурированные паттерны активности возбуждаются почти во всем мозге, точно так же, как музыкальная нота возникает из-за вибраций, происходящих в мозгу. всю длину струны скрипки, а не только отдельный сегмент,сказал доктор Панг.
Исследовательская группа использовала магнитно-резонансную томографию (МРТ) для изучения собственных мод, которые представляют собой естественные закономерности вибрации или возбуждения в системе, где все части системы возбуждаются на одной частоте. Собственные моды обычно используются для изучения физических систем в таких областях, как физика и инженерия, и только недавно они были адаптированы для изучения мозга. Эта работа была сосредоточена на разработке наилучшего способа эффективного построения собственных мод мозга.
Подобно тому, как резонансные частоты скрипичной струны определяются ее длиной, плотностью и натяжением, собственные моды мозга определяются его структурными — физическими, геометрическими и анатомическими — свойствами, но какие конкретные свойства наиболее важны, осталось загадкой,сказал соавтор, доктор Кевин Акино, из BrainKey и Сиднейского университета.
Команда, возглавляемая Институтом Тернера и научным сотрудником Школы психологических наук ARC, профессором Алексом Форнито, сравнила, насколько хорошо собственные моды, полученные из моделей формы мозга, могут объяснить различные модели активности по сравнению с собственными модами, полученными из моделей мозга. подключение. Было обнаружено, что собственные моды, определяемые геометрией мозга — его контурами и кривизной — представляют собой сильнейшие анатомические ограничения на функции мозга, подобно тому, как форма барабана влияет на звуки, которые он может издавать.
Используя математические модели, ученые подтвердили теоретические предсказания о том, что тесная связь между геометрией и функцией обусловлена волнообразной активностью, распространяющейся по всему мозгу. Эти результаты позволяют предсказывать функцию мозга непосредственно по его форме, открывая новые возможности для изучения того, как мозг способствует индивидуальным различиям в поведении и риску психических и неврологических заболеваний.
Исследовательская группа обнаружила, что на более чем 10 000 карт активности МРТ, полученных, когда люди выполняли различные задачи, разработанные нейробиологами для исследования человеческого мозга, в активности преобладали собственные моды с пространственными паттернами, которые имеют очень длинные волны, простирающиеся на расстояния, превышающие 40 мм.
Этот результат противоречит общепринятому мнению, согласно которому деятельность во время различных задач часто происходит в фокальных, изолированных областях повышенной активности, и говорит нам, что традиционные подходы к картированию мозга могут показать только верхушку айсберга, когда дело доходит до понимания того, как мозг работает,сказал доктор Панг.
