Візуалізація мозку допомагає скласти карту нашого мислення
Мозок людини - надзвичайно складний орган, що має безліч таємниць. Щоб покращити розуміння того, як мозок створює і контролює думки, дослідники перетворили структурні системи зображення мозку на «схеми підключення» зв’язків між регіонами мозку.
Троє дослідників з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі, департамент психологічних та мозкових наук (UCSB) - Майкл Міллер, Скотт Графтон і Метт Ціслак - використовували структуру нейронних мереж, щоб вивчити основні правила, які визначають, які ділянки мозку найбільш здатні здійснювати когнітивний контроль над думками та діями.
Це дослідження першим дає механістичне пояснення того, як лобова кора здійснює контроль над трильйонами окремих нейронів, що дозволяє людям залишатися зосередженими на одному завданні або переходити на кардинально інше.
Висновки з’являються в журналі Природні комунікації.
"Окремі регіони вашого мозку схильні контролювати ваші думки залежно від того, де вони лежать по відношенню до інших регіонів", - сказав Міллер, професор психології UCSB та співавтор статті.
«Регіони на„ околицях “можуть здійснювати дуже специфічний вид контролю. Вони можуть перенести систему в далекі штати, наприклад, перейти від роботи на роботі до гри з дітьми ".
Це нове дослідження поєднує передові нейронауки з новою галуззю мережевої науки, яка часто використовується для вивчення соціальних систем.
Застосовуючи теорію управління - область, яка традиційно використовується для вивчення електричних та механічних систем - дослідники показують, що перебування на околицях мозку необхідно, щоб фронтальна кора могла динамічно контролювати напрямок думок і цілеспрямовану поведінку.
"Нам потрібна основна теорія того, як мозок контролює себе, і, щоб дістатися до неї, ми пропонуємо розглядати мозок як інженерну систему", - сказала старший автор Даніель Басет, доцент кафедри інновацій Університету Пенсільванії, Школа техніки та прикладних наук Наука.
«Когнітивний контроль дуже схожий на інженерний контроль: Ви моделюєте динаміку системи, визначаючи ключові моменти; якщо я натисну на цей шматок або потягну за цей важіль, я можу запропонувати прогноз, як це вплине на інші частини мережі ".
Застосовуючи рівняння теорії управління до електричних схем, створених в результаті сканування мозку, дослідники показали, що географічні та функціональні відмінності між регіонами мозку пов'язані.
Незважаючи на те, що аналіз не може сказати, чи локалізація лобової кори еволюціонувала спочатку, вона свідчить про те, що частина здатності лобової кори контролювати виконавчу функцію залежить від її відстані від інших частин мозку.
"Це дослідження провіщає нову хвилю мережевої науки, засновану на суворій теорії управління", - сказав співавтор Графтон, директор Центру візуалізації мозку UCSB.
"Застосовуючи до найсучасніших даних візуалізації мозку, ми починаємо бачити деякі компромісні рішення, притаманні архітектурі мозкових зв'язків".
Регіони, які найбільш взаємопов’язані - і, отже, більш внутрішні для мережі - дуже добре переносять мозок у сусідні штати - наприклад, від написання електронної пошти комусь до розмови з цією людиною по телефону.
"Що особливо цікаво, якщо ми подивимось, де знаходяться ці внутрішні вузли, вони всі знаходяться в регіонах" режиму за замовчуванням ", які є активними, коли ви відпочиваєте", - сказав Басет. "Це має сенс, адже якби ви розробляли оптимальну систему, ви хотіли б помістити її базову лінію там, де вона може дістатися до більшості місць, куди їй доведеться пройти досить легко".
За словами співавтора Ціслака, такий тип цілісного розуміння взаємозв'язку між місцями розташування мозку та їх ролями необхідний для адаптації кращих методів лікування людей, які втратили виконавчу функцію внаслідок хвороби чи травми.
Ціслак вважає, що це фундаментальне розуміння того, як мозок контролює свою діяльність, може допомогти привести до кращих заходів щодо медичних станів, пов'язаних зі зниженим когнітивним контролем, таких як аутизм, шизофренія або деменція.
Джерело: Каліфорнійський університет, Санта-Барбара / EurekAlert
