Дослідники виявили, що форма мозку людини значною мірою впливає на мислення, почуття та поведінку, змінюючи переважаючу увагу на складній нейронній комунікації. Використовуючи МРТ-сканування та принцип автокодування, вони виявили, що функція мозку тісно пов’язана з його геометричними властивостями, подібно до того, як форма музичного інструменту визначає його звучання, надаючи нові шляхи для дослідження функції мозку та захворювань.
Форма нашого мозку, а не взаємодія між різними регіонами, відіграє ключову роль у впливі на наші думки, емоції та дії.
Понад сто років вчені вважали, що наші думки, почуття та мрії формуються тим, як різні ділянки мозку взаємодіють у величезній мережі трильйонів клітинних зв’язків.
Однак нещодавнє дослідження під керівництвом команди Інституту мозку та психічного здоров’я Тернера Університету Монаша вивчило понад 10 000 різних карт активності людського мозку та виявило, що загальна форма мозку людини більше впливає на когнітивні процеси, емоції та поведінку, ніж складний нейронний зв’язок.
Дослідження, яке нещодавно було опубліковано в престижному журналі, природи Він об’єднує підходи з фізики, нейронауки та психології, щоб перевернути вікову парадигму, яка наголошує на важливості складного зв’язку мозку, і натомість визначає зв’язок між формою мозку та його діяльністю, який раніше недооцінювався.
Провідний автор і науковий співробітник доктор Джеймс Панг з Інституту Тернера та Школи психологічних наук Університету Монаша сказав, що результати важливі, оскільки вони значно спрощують спосіб вивчення того, як мозок працює, розвивається та старіє.
Алекс Форнетто (ліворуч) і Джеймс Панг вивчили понад 10 000 зображень МРТ, щоб визначити важливу форму мозку. Авторство: Університет Монаша
«Ця робота відкриває можливості зрозуміти наслідки таких захворювань, як деменція та інсульт, дивлячись на моделі форми мозку, з якими набагато легше працювати, ніж з моделями всього набору зв’язків у мозку», — сказав д-р Панг.
«Ми довго думали, що певні думки чи відчуття викликають активність у певних частинах мозку, але це дослідження показує, що організовані моделі активності стимулюються майже в усьому мозку, подібно до того, як музична нота виникає внаслідок вібрацій, які відбуваються по всій довжині скрипкової струни, а не лише ізольованої частини», — сказав він.
Дослідницька група використовувала магнітно-резонансну томографію (МРТ) для вивчення власних мод, які є природними моделями вібрації або збудження в системі, в якій різні частини системи збуджуються з однаковою частотою. Автомодулі зазвичай використовуються для вивчення фізичних систем у таких галузях, як фізика та техніка, і лише нещодавно їх адаптували для вивчення мозку.
Ця робота була зосереджена на розробці найкращого способу ефективної побудови власних мод для мозку.
Співавтор, доктор Кевін Акіно з BrainKey та Університету Сіднея, сказав: «Подібно до того, як резонансні частоти скрипкових струн визначаються їхньою довжиною, щільністю та натягом, власні моди мозку визначаються їх структурними властивостями — фізичними, геометричними та анатомічними, — але найважливіші конкретні властивості залишаються загадкою».
Команда під керівництвом професора Інституту Тернера та Школи психологічних наук ARC Алекса Форнетто порівняла, як суб’єктивні профілі, отримані з моделей форми мозку, можуть пояснити різні моделі активності в порівнянні з суб’єктивними профілями, отриманими з моделей зв’язку мозку.
«Ми виявили, що власні моди, визначені геометрією мозку – їх контури та кривизна – є найсильнішим анатомічним обмеженням для функціонування мозку, так само як форма циліндра впливає на звуки, які він може видавати», – сказав професор Форнетто.
«Використовуючи математичні моделі, ми підтвердили теоретичні прогнози про те, що тісний зв’язок між геометрією та функцією обумовлений хвилеподібною активністю, що поширюється через мозок, подібно до того, як форма ставка впливає на брижі хвиль, утворені падаючим камінчиком», — сказав він.
«Ці відкриття підвищують можливість прогнозування роботи мозку безпосередньо за його формою, відкриваючи нові шляхи для вивчення того, як мозок впливає на індивідуальні відмінності в поведінці та ризик психіатричних і неврологічних захворювань».
Дослідницька група виявила, що в більш ніж 10 000 карт активності МРТ, отриманих під час виконання суб’єктами різних завдань, розроблених нейробіологами для дослідження людського мозку, в активності домінували суб’єктивні патерни з просторовими патернами, які мали дуже велику довжину хвилі, поширюючись на відстані понад 40 міліметрів.
«Це відкриття суперечить загальноприйнятій думці, згідно з якою активність під час виконання різних завдань часто відбувається у фокусних і ізольованих областях підвищеної активності, і говорить нам, що традиційні методи картування мозку можуть показати лише верхівку айсберга, коли справа доходить до розуміння того, як працює мозок», — сказав доктор Панг.
Довідка: «Інженерні обмеження функцій людського мозку», Джеймс К. Пенг, Кевін М. Акіно, Маріан Олденкел, Пітер А. Робінсон, Бен де Фулчер, Майкл Брейкспір, Алекс Форнетто, 31 травня 2023 р., доступно тут. природи.
DOI: 10.1038/s41586-023-06098-1
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
