Žmogaus smegenis sudaro apie 86 milijardai neuronų, sujungtų trilijonais jungčių. Dešimtmečius mokslininkai manė, kad mums reikia detaliai nubrėžti šį sudėtingą ryšį, kad suprastume, kaip atsiranda organizuojantys veiklos modeliai, formuojantys mūsų mintis, jausmus ir elgesį.

Mūsų naujas tyrimas, paskelbtas m gamtameta iššūkį šiam požiūriui. Mes išsiaiškinome, kad mūsų neuronų veiklos modeliams daugiau įtakos turi smegenų forma – jos grioveliai, linijos ir raukšlės – nei sudėtingi tarpusavio ryšiai.

Tradicinis požiūris yra tas, kad konkrečios mintys ar pojūčiai sukelia aktyvumą tam tikrose smegenų dalyse. Tačiau mūsų tyrimas atskleidžia organizuotus veiklos modelius beveik visose smegenyse, susijusius su mintimis ir pojūčiais taip pat, kaip muzikinė nata atsiranda dėl vibracijos, vykstančios per visą smuiko stygos ilgį, o ne tik atskiroje dalyje.

Funkcija atitinka formą

Šį glaudų ryšį tarp formos ir funkcijos atradome ištyrę natūralius susijaudinimo modelius, kuriuos gali palaikyti smegenų anatomija. Šiuose modeliuose, vadinamuose „autotipais“, skirtingos smegenų dalys sužadinamos tuo pačiu dažniu.

Apsvarstykite muzikines natas, grojamas smuiko styga. Natos kyla dėl pageidaujamų stygos vibracijos modelių, atsirandančių tam tikruose rezonansiniuose dažniuose. Šie pageidaujami stiliai yra serijos savarankiški stiliai. Jį lemia fizinės sausgyslių savybės, tokios kaip jų ilgis, tankis ir įtempimas.

Panašiai smegenys turi savo pageidaujamus susijaudinimo būdus, kuriuos lemia jų anatominės ir fizinės savybės. Siekėme nustatyti specifines smegenų anatomines ypatybes, kurios stipriai įtakoja šiuos modelius.

Pasaka apie dvi smegenis

Pagal įprastą išmintį, smegenų sudėtingas ryšių tinklas Skulptūra daugiausia yra jo veikla.

Ši perspektyva žiūri į smegenis kaip į rinkinį atskiri regionaiKiekvienas iš jų specializuojasi konkrečioje funkcijoje, pavyzdžiui, regėjimo ar kalbos. šiose srityse Bendrauja per sujungtas skaidulas, vadinamas aksonais.

Alternatyvus požiūris, kurio pavyzdys yra smegenų veiklos modeliavimo metodas, vadinamas Neuroninio lauko teorijaTaip išvengiama smegenų padalijimo į atskiras sritis.

Šiame požiūryje dėmesys sutelkiamas į tai, kaip tai padaryti ląstelių sužadinimo bangos Jis nuolat juda smegenų audiniu, tarsi raibuliukai, susidarantys lietaus lašams, krentant į balą. Kaip tvenkinio forma apriboja potencialius banguotumo modelius, taip ir į bangas panašūs veiklos modeliai Jį veikia 3D forma iš smegenų.

Palyginkite dvi nuomones

Norėdami palyginti du smegenų vaizdus, ​​​​išbandėme, kaip lengva interpretuoti tradicinį diskretišką vaizdą ir bangomis pagrįstą nuolatinį vaizdą. 10 000 skirtingų smegenų veiklos žemėlapių. Veiklos žemėlapiai buvo gauti iš tūkstančių funkcinio magnetinio rezonanso (fMRT) eksperimentų, kurių metu tiriamieji atliko įvairias pažinimo, emocines, jutimo ir motorines užduotis.

Mes bandėme apibūdinti kiekvieną veiklos žemėlapį naudodami savųjų režimų simbolius, pagrįstus smegenų ryšiu, ir subjektyvius režimus, pagrįstus smegenų forma. Mes nustatėme, kad subjektyvūs smegenų formos modeliai, o ne ryšys, pateikia tiksliausią informaciją apie šiuos skirtingus aktyvavimo modelius.

Smegenų bangos ir ledkalniai

Mes panaudojome kompiuterinį modeliavimą, kad patvirtintume glaudų ryšį tarp smegenų
Formą ir funkciją lemia bangų veikla, kuri pasklinda po visą smegenis.

Modeliavimas rėmėsi paprastu bangos formos modeliu, kuris plačiai naudojamas tiriant kitus fizinius reiškinius, tokius kaip žemės drebėjimai ir vandenyno srovės. Modelis naudoja tik smegenų formą, kad apribotų bangų vystymąsi laike ir erdvėje.

Nepaisant savo paprastumo, šis modelis geriau paaiškino smegenų veiklą nei sudėtingesnė smegenų veikla. Moderniausias modelis Juo bandoma užfiksuoti pagrindines nervų veiklos fiziologines detales ir sudėtingą komunikacijos tarp skirtingų smegenų regionų modelį.

Taip pat nustatėme, kad dauguma iš 10 000 skirtingų smegenų žemėlapių, kuriuos ištyrėme, buvo susiję su veiklos modeliais, apimančiais beveik visas smegenis. Šis atradimas vėl ginčija tradicinę išmintį, kad veikla atliekant užduotis vyksta atskiruose, izoliuotuose smegenų regionuose. Tiesą sakant, tai rodo Tradiciniai smegenų kartografavimo metodai Tai gali atskleisti tik ledkalnio viršūnę, kai reikia suprasti, kaip veikia smegenys.

Kartu mūsų išvados rodo, kad reikia atnaujinti dabartinius smegenų funkcijos modelius. Užuot sutelkę dėmesį tik į tai, kaip signalai pereina tarp atskirų regionų, taip pat turime ištirti, kaip sužadinimo bangos keliauja per smegenis.

Kitaip tariant, bangavimas tvenkinyje gali būti tinkamesnė analogija didelio masto smegenų funkcijai nei telekomunikacijų tinklas.

Naujas požiūris į smegenų kartografavimą

Mūsų požiūris grindžiamas šimtmečių darbu fizikos ir inžinerijos srityse. Šiose srityse sistemos funkcija suprantama atsižvelgiant į jos struktūros suvaržymus, įkūnytus subjektyviuose sistemos simboliuose.

Šis metodas tradiciškai nebuvo naudojamas neuromoksle. Vietoj to, tipiški smegenų kartografavimo metodai remiasi Sudėtinga statistika smegenų veiklai nustatyti be jokios nuorodos į fizinį ir anatominį šių modelių pagrindą.

Naudojant savituosius režimus galima panaudoti fizinius principus, siekiant suprasti, kaip įvairūs veiklos modeliai atsiranda dėl smegenų anatomijos.

Mūsų atradimas taip pat suteikia tiesioginės praktinės naudos, nes smegenų formos savituosius režimus išmatuoti daug lengviau nei smegenų ryšio.

Šis naujas požiūris atveria galimybes tirti, kaip smegenų forma veikia vystymąsi, vystymąsi, senėjimą ir smegenų ligas.

Džeimsas BangasPsichologijos mokslo darbuotojas, Monasho universitetas Ir Aleksas FournettoTurnerio smegenų ir psichinės sveikatos instituto psichologijos profesorius. Monash universitetas

Šis straipsnis buvo perspausdintas iš Pokalbis Pagal Creative Commons licenciją. Skaityti Originalus straipsnis.