Τι κάνει ο εγκέφαλός σας όταν δεν κάνετε τίποτα | Περιοδικό Quanta

Κάθε φορά που εκτελείτε ενεργά μια εργασία - ας πούμε, να σηκώνετε βάρη στο γυμναστήριο ή να κάνετε μια σκληρή εξέταση - τα μέρη του εγκεφάλου σας που απαιτούνται για να την εκτελέσετε γίνονται «ενεργά» όταν οι νευρώνες ενισχύουν την ηλεκτρική τους δραστηριότητα. Είναι όμως ο εγκέφαλός σας ενεργός ακόμα και όταν βρίσκεστε στον καναπέ;

Η απάντηση, βρήκαν οι ερευνητές, είναι ναι. Τις τελευταίες δύο δεκαετίες έχουν ορίσει αυτό που είναι γνωστό ως το δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας, μια συλλογή από φαινομενικά άσχετες περιοχές του εγκεφάλου που ενεργοποιούνται όταν δεν κάνετε καθόλου πολλά. Η ανακάλυψή του έδωσε πληροφορίες για το πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος εκτός καλά καθορισμένων εργασιών και ώθησε επίσης την έρευνα για το ρόλο των δικτύων του εγκεφάλου - όχι μόνο των περιοχών του εγκεφάλου - στη διαχείριση της εσωτερικής μας εμπειρίας.

Στα τέλη του 20ου αιώνα, οι νευροεπιστήμονες άρχισαν να χρησιμοποιούν νέες τεχνικές για τη λήψη εικόνων του εγκεφάλου των ανθρώπων καθώς εκτελούσαν εργασίες σε μηχανές σάρωσης. Όπως ήταν αναμενόμενο, η δραστηριότητα σε ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου αυξήθηκε κατά τη διάρκεια των εργασιών - και προς έκπληξη των ερευνητών, η δραστηριότητα σε άλλες περιοχές του εγκεφάλου μειώθηκε ταυτόχρονα. Οι νευροεπιστήμονες ενδιαφέρθηκαν για το γεγονός ότι κατά τη διάρκεια μιας μεγάλης ποικιλίας εργασιών, οι ίδιες περιοχές του εγκεφάλου επανέλαβαν με συνέπεια τη δραστηριότητά τους.

Ήταν σαν αυτές οι περιοχές να ήταν ενεργές όταν το άτομο δεν έκανε τίποτα, και μετά να απενεργοποιήθηκαν όταν το μυαλό έπρεπε να συγκεντρωθεί σε κάτι εξωτερικό.

Οι ερευνητές ονόμασαν αυτές τις περιοχές «αρνητικές εργασίες». Όταν εντοπίστηκαν για πρώτη φορά, Μάρκους Ρέιχλ, ένας νευρολόγος στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις, υποψιάστηκε ότι αυτές οι αρνητικές ως προς την εργασία περιοχές παίζουν σημαντικό ρόλο στο μυαλό που ηρεμεί. «Αυτό έθεσε το ερώτημα «Τι είναι η βασική εγκεφαλική δραστηριότητα;» θυμάται η Raichle. Σε ένα πείραμα, ζήτησε από τους ανθρώπους σε σαρωτές να κλείσουν τα μάτια τους και απλώς να αφήσουν το μυαλό τους να περιπλανηθεί ενώ μετρούσε την εγκεφαλική τους δραστηριότητα.

Βρήκε ότι κατά τη διάρκεια της ανάπαυσης, όταν στρέφουμε διανοητικά προς τα μέσα, οι αρνητικές περιοχές καταναλώνουν περισσότερη ενέργεια από τον υπόλοιπο εγκέφαλο. Σε μια εφημερίδα του 2001, ονόμασε αυτή τη δραστηριότητα "έναν προεπιλεγμένο τρόπο λειτουργίας του εγκεφάλου.» Δύο χρόνια αργότερα, αφού δημιούργησε δεδομένα υψηλότερης ανάλυσης, μια ομάδα από την Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ ανακάλυψε ότι αυτή η αρνητική δραστηριότητα καθορίζει ένα συνεκτικό δίκτυο αλληλεπιδρώντων περιοχών του εγκεφάλου, το οποίο ονόμασαν το δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας.

Η ανακάλυψη του δικτύου προεπιλεγμένης λειτουργίας πυροδότησε την περιέργεια μεταξύ των νευροεπιστημόνων για το τι κάνει ο εγκέφαλος απουσία μιας εργασίας εστιασμένης προς τα έξω. Αν και ορισμένοι ερευνητές πίστευαν ότι η κύρια λειτουργία του δικτύου ήταν να δημιουργήσει την εμπειρία μας από την περιπλάνηση του νου ή την ονειροπόληση, υπήρχαν πολλές άλλες εικασίες. Ίσως έλεγχε ροές συνείδησης ή ενεργοποίησε μνήμες προηγούμενων εμπειριών. Και η δυσλειτουργία στο δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας εμφανίστηκε ως πιθανό χαρακτηριστικό σχεδόν κάθε ψυχιατρικής και νευρολογικής διαταραχής, συμπεριλαμβανομένης της κατάθλιψης, της σχιζοφρένειας και της νόσου του Αλτσχάιμερ.

Έκτοτε, μια σειρά ερευνών σχετικά με την προεπιλεγμένη λειτουργία περιέπλεξε αυτήν την αρχική κατανόηση. «Ήταν πολύ ενδιαφέρον να δούμε τους τύπους διαφορετικών εργασιών και παραδειγμάτων που εμπλέκουν το δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας τα τελευταία 20 χρόνια», είπε. Lucina Uddin, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες.

Η προεπιλεγμένη λειτουργία ήταν ένα από τα πρώτα δίκτυα εγκεφάλου που χαρακτηρίστηκαν από την επιστήμη. Αποτελείται από μια χούφτα εγκεφαλικών περιοχών, συμπεριλαμβανομένων μερικών στο μπροστινό μέρος του εγκεφάλου, όπως ο ραχιαίος και κοιλιακός έσω προμετωπιαίος φλοιός, και άλλες διάσπαρτες σε όλο το όργανο, όπως ο οπίσθιος περιφερικός φλοιός, ο προκούνιος και η γωνιακή έλικα. Αυτές οι περιοχές συνδέονται με τη μνήμη, την επανάληψη της εμπειρίας, την πρόβλεψη, την εξέταση δράσης, την ανταμοιβή/τιμωρία και την ενσωμάτωση πληροφοριών. (Η έγχρωμη επισήμανση στο παρακάτω σχήμα υποδεικνύει ορισμένες από τις εξωτερικές περιοχές του εγκεφάλου που γίνονται πιο ενεργές όταν δεσμεύεται το προεπιλεγμένο δίκτυο.)

Από την ανακάλυψή του, οι νευροεπιστήμονες εντόπισαν χαλαρά μια χούφτα πρόσθετων διακριτών δικτύων που το καθένα ενεργοποιεί φαινομενικά ανόμοιες περιοχές του εγκεφάλου. Αυτές οι ενεργοποιημένες περιοχές δεν δρουν ανεξάρτητα, αλλά μάλλον εναρμονίζονται σε συγχρονισμό μεταξύ τους. «Δεν μπορείς να σκεφτείς μια συμφωνική ορχήστρα όπως απλώς τα βιολιά ή τα όμποε», είπε η Raichle. Ομοίως, σε ένα δίκτυο εγκεφάλου, τα μεμονωμένα μέρη αλληλεπιδρούν για να επιφέρουν αποτελέσματα που μπορούν να παράγουν μόνο μαζί.

Σύμφωνα με έρευνα, τα αποτελέσματα του δικτύου προεπιλεγμένης λειτουργίας περιλαμβάνουν περιπλάνηση στο μυαλό, ανάμνηση προηγούμενων εμπειριών, σκέψη για τις ψυχικές καταστάσεις των άλλων, οραματισμό του μέλλοντος και επεξεργασία της γλώσσας. Αν και αυτό μπορεί να φαίνεται σαν μια τσάντα από άσχετες πτυχές της γνώσης, Vinod Menon, ο διευθυντής του Stanford Cognitive & Systems Neuroscience Laboratory, πρόσφατα θεώρησε ότι όλες αυτές οι λειτουργίες μπορεί να είναι χρήσιμες σε κατασκευάζοντας μια εσωτερική αφήγηση. Κατά την άποψή του, το δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας σάς βοηθά να σκεφτείτε ποιοι είστε σε σχέση με τους άλλους, να ανακαλέσετε τις προηγούμενες εμπειρίες σας και στη συνέχεια να τα συνδυάσετε όλα αυτά σε μια συνεκτική αυτο-αφήγηση.

Η προεπιλεγμένη λειτουργία εξαρτάται σαφώς από κάτι πολύπλοκο. εμπλέκεται σε πολλές διαφορετικές διαδικασίες που δεν μπορούν να περιγραφούν σωστά. "Είναι κάπως ανόητο να πιστεύουμε ότι θα πούμε ότι "Αυτή η περιοχή του εγκεφάλου ή ένα δίκτυο του εγκεφάλου κάνει ένα πράγμα", είπε ο Uddin. «Δεν νομίζω ότι λειτουργεί έτσι».

Η Uddin άρχισε να ερευνά το δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας επειδή την ενδιέφερε η αυτοαναγνώριση και πολλές εργασίες αυτοαναγνώρισης, όπως η αναγνώριση του προσώπου ή της φωνής σας, φάνηκαν να σχετίζονται με το δίκτυο. Τα τελευταία χρόνια, έχει στρέψει την προσοχή της στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των εγκεφαλικών δικτύων. Ακριβώς όπως διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου αλληλεπιδρούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν δίκτυα, διαφορετικά δίκτυα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με ουσιαστικούς τρόπους, είπε ο Uddin. «Οι αλληλεπιδράσεις δικτύου είναι πιο διευκρινιστικές για τη μελέτη με κάποιους τρόπους παρά απλώς ένα δίκτυο σε απομόνωση, επειδή όντως λειτουργούν μαζί και στη συνέχεια διαχωρίζονται και στη συνέχεια αλλάζουν αυτό που κάνουν με την πάροδο του χρόνου».

Ενδιαφέρεται ιδιαίτερα για το πώς αλληλεπιδρά το δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας το εξέχον δίκτυο, το οποίο φαίνεται να μας βοηθά να προσδιορίσουμε την πιο σχετική πληροφορία ανά πάσα στιγμή. Η δουλειά της προτείνει ότι το εξέχον δίκτυο ανιχνεύει πότε είναι σημαντικό να προσέξουμε κάτι και στη συνέχεια λειτουργεί ως διακόπτης απενεργοποίησης για το δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας.

Οι ερευνητές έχουν επίσης εξετάσει εάν διαταραχές ψυχικής υγείας όπως η κατάθλιψη θα μπορούσαν να συνδέονται με προβλήματα με το δίκτυο προεπιλεγμένων λειτουργιών. Μέχρι στιγμής, τα ευρήματα ήταν ασαφή. Σε άτομα με κατάθλιψη, για παράδειγμα, ορισμένοι ερευνητές ανακάλυψαν ότι οι κόμβοι δικτύου είναι υπερβολικά συνδεδεμένοι, ενώ άλλοι βρήκαν το αντίθετο - ότι οι κόμβοι αποτυγχάνουν να συνδεθούν. Και σε ορισμένες μελέτες, το ίδιο το δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας δεν είναι αφύσικο, αλλά οι αλληλεπιδράσεις του με άλλα δίκτυα είναι. Αυτά τα ευρήματα μπορεί να φαίνονται ασύμβατα, αλλά ευθυγραμμίζονται με τα πρόσφατα ευρήματα ότι η κατάθλιψη είναι ίσως ένα σύμπλεγμα διαφορετικών διαταραχών που παρουσιάζουν παρόμοια συμπτώματα.

Εν τω μεταξύ, ο Menon έχει αναπτύξει αυτό που αποκαλεί το θεωρία τριπλού δικτύου. Υποστηρίζει ότι οι μη φυσιολογικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του δικτύου προεπιλεγμένης λειτουργίας, του δικτύου προεξοχής και ενός τρίτου που ονομάζεται μετωποβρεγματικό δίκτυο θα μπορούσαν να συμβάλουν σε διαταραχές ψυχικής υγείας, όπως η σχιζοφρένεια, η κατάθλιψη, το άγχος, η άνοια και ο αυτισμός. Συνήθως, η δραστηριότητα του δικτύου προεπιλεγμένης λειτουργίας μειώνεται όταν κάποιος δίνει προσοχή σε ένα εξωτερικό ερέθισμα, ενώ η δραστηριότητα στα δύο άλλα δίκτυα αυξάνεται. Αυτή η ώθηση και η έλξη μεταξύ των δικτύων μπορεί να μην λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο σε άτομα με ψυχιατρικές ή αναπτυξιακές διαταραχές, υποπτεύεται ο Menon.

Deanna Barch, που μελετά τη νευροβιολογία των ψυχικών ασθενειών στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις, ενδιαφέρεται για τη θεωρία του τριπλού δικτύου. Η διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο τα δίκτυα συνδέονται διαφορετικά σε άτομα με διαταραχές ψυχικής υγείας μπορεί να βοηθήσει τους ερευνητές να βρουν τους υποκείμενους μηχανισμούς και να αναπτύξουν θεραπείες, είπε. Ωστόσο, δεν πιστεύει ότι οι αλληλεπιδράσεις του δικτύου από μόνες τους θα εξηγήσουν πλήρως την ψυχική ασθένεια. «Σκέφτομαι να κατανοήσω τις διαφορές συνδεσιμότητας ως σημείο εκκίνησης», είπε ο Barch. «Δεν είναι τελικό σημείο».

Η τρέχουσα κατανόηση του δικτύου προεπιλεγμένης λειτουργίας σίγουρα δεν είναι ούτε το τελικό του σημείο. Από την ανακάλυψή του, έχει ωθήσει τους νευροεπιστήμονες να σκεφτούν πέρα ​​από τις ευθύνες μεμονωμένων περιοχών του εγκεφάλου στις επιπτώσεις των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των εγκεφαλικών δικτύων. Και έχει ωθήσει πολλούς ανθρώπους να εκτιμήσουν τις εσωτερικά εστιασμένες δραστηριότητες του μυαλού - ότι ακόμα και όταν ονειροπολούμε ή ξεκουραζόμαστε, ο εγκέφαλός μας εργάζεται σκληρά για να το πετύχει.