Не просто орган. Ученые выяснили, что форма мозга отвечает за наши мысли, чувства и поведение

В сложном человеческом мозге находится около 86 миллиардов нейронов, соединенных между собой бесчисленными связями. Долгое время ученые считали, что для расшифровки структурированных схем, диктующих наши мысли, эмоции и действия, нам необходимо изучить эту сложную сеть. Но новое исследование ставит это убеждение под вопрос. Оно показывает, что форма мозга, включая его борозды, изгибы и складки, на самом деле влияет на наши модели нейронной активности больше, чем огромное количество связей, пишет The Conversation.

В Фокус.Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и увлекательные новости из мира науки!

В общепринятом понимании конкретные области мозга "загораются" в ответ на определенные мысли или чувства. Но исследование показало, что подобно тому, как музыкальная нота возникает в результате вибраций, распространяющихся по всей струне скрипки, паттерны активности мозга, связанные с мыслями и чувствами, охватывают почти весь орган.

Связь между формой и функцией проявилась, когда ученые исследовали естественные схемы возбуждения мозга, поддерживаемые его анатомией, называемые "собственными модами", когда различные области мозга резонируют на одной и той же частоте.

Представьте себе музыкальные ноты, которые может воспроизводить скрипичная струна. Они рождаются из резонансных колебаний струны, которые определяются ее физическими характеристиками, такими как длина, плотность и натяжение. Точно так же и мозг имеет свой уникальный набор паттернов возбуждения, продиктованный его физическими и анатомическими особенностями. Задача исследователей состояла в том, чтобы определить, какие из этих характеристик в наибольшей степени определяют эти паттерны.

Традиционное мышление предполагает, что лабиринты связей мозга определяют его деятельность. Оно воспринимает мозг как скопление отдельных областей, каждая из которых выполняет определенную функцию, например, зрение или речь, и которые взаимодействуют между собой посредством волокон, известных как аксоны.

Альтернативная точка зрения, воплощенная в методе, известном как теория нейронного поля, отклоняется от этой концепции. Она фокусируется на непрерывном движении клеточных волн возбуждения через мозг, сравнимом с эффектом ряби в пруду, вызванным каплями дождя. Как форма пруда влияет на рябь, так и трехмерная форма мозга формирует волнообразные формы активности.

Сравнивая эти две точки зрения, ученые исследовали их способность прояснить более 10 000 различных карт активности мозга. Эти карты были получены в результате тысяч фМРТ-экспериментов, проведенных во время выполнения людьми различных когнитивных, эмоциональных, сенсорных и моторных задач.

Авторы стремились интерпретировать каждую карту с помощью собственных мод, основанных на связности мозга, и тех, которые основаны на его форме. Удивительным открытием стало то, что собственные моды формы мозга дали более точное объяснение этим различным паттернам активации. Компьютерное моделирование подтвердило эту тесную связь между формой и функцией мозга, показав волнообразную активность, перемещающуюся по мозгу. Простота этой модели, которая использовала форму мозга только для ограничения продвижения волны, обеспечила лучшее понимание активности мозга, чем более сложная модель, которая пыталась охватить сложные детали активности нейронов и взаимосвязи.

Ученые также обнаружили, что почти все изученные карты мозга были связаны с паттернами активности, охватывающими почти весь мозг. Это еще раз опровергает традиционное мнение о том, что активность мозга ограничена отдельными изолированными областями во время выполнения задач. Это говорит о том, что обычные методы картирования мозга могут лишь поверхностно отражать истинную сложность функциональности мозга.

Накопленные в ходе исследования данные побуждают к переоценке существующих моделей функционирования мозга. Вместо того чтобы сосредоточиться исключительно на передаче сигнала между отдельными областями, крайне важно также изучить, как волны возбуждения распространяются по мозгу. Метафора ряби на пруду может более точно отразить крупномасштабную функциональность мозга, чем телекоммуникационная сеть. Метод исследования, заимствованный из многовековой истории физики и инженерных исследований, рассматривает, как структура системы ограничивает ее функцию, представленную собственными модами. Такой подход не был традиционным в нейронауке, где сложные статистические методы используются для измерения активности мозга без учета физических и анатомических основ этих паттернов.

Используя собственные моды, ученые смогли использовать физические принципы для понимания того, как различные модели активности обусловлены анатомией мозга. Простота количественной оценки собственных мод формы мозга по сравнению с данными о связности дает немедленные практические преимущества.

"Этот инновационный подход открывает новые пути для изучения того, как форма мозга влияет на функции в процессе эволюции и развития, старения и болезней", — подвели итог авторы.

Ранее Фокус писал про интерфейсы нового поколения, которые помогают парализованным людям общаться между собой. Новая разработка интерфейсов "мозг-машина", дает шанс страдающим от синдрома запертого человека восстановить контакт с миром.