Mida teie aju teeb, kui te midagi ei tee | Ajakiri Quanta

Kui täidate aktiivselt mõnda ülesannet – näiteks tõstate jõusaalis raskusi või sooritate rasket eksamit –, muutuvad teie aju osad, mis on vajalikud selle täitmiseks, "aktiivseks", kui neuronid suurendavad oma elektrilist aktiivsust. Kuid kas teie aju on aktiivne isegi siis, kui te diivanil istute?

Teadlased on leidnud, et vastus on jah. Viimase kahe aastakümne jooksul on nad määratlenud nn vaikerežiimivõrgu – näiliselt mitteseotud ajupiirkondade kogumi, mis aktiveeruvad siis, kui te üldse midagi ei tee. Selle avastus on andnud ülevaate sellest, kuidas aju toimib väljaspool täpselt määratletud ülesandeid, ning on ajendanud uurima ka ajuvõrkude – mitte ainult ajupiirkondade – rolli meie sisemise kogemuse juhtimisel.

20. sajandi lõpus hakkasid neuroteadlased kasutama skaneerimismasinatega ülesandeid täitvate inimeste ajust kujutiste tegemiseks uusi tehnikaid. Ootuspäraselt suurenes aktiivsus teatud ajupiirkondades ülesannete täitmisel – ja teadlaste üllatuseks vähenes samaaegselt ka aktiivsus teistes ajupiirkondades. Neuroteadlased olid huvitatud sellest, et paljude erinevate ülesannete ajal vähendasid samad ajupiirkonnad järjekindlalt oma tegevust.

Need piirkonnad olid justkui aktiivsed olnud siis, kui inimene midagi ei teinud, ja siis välja lülitatud, kui mõistus pidi keskenduma millelegi välisele.

Teadlased nimetasid neid valdkondi "ülesandeks negatiivseks". Kui nad esmakordselt tuvastati, Marcus Raichle, St. Louisis asuva Washingtoni ülikooli meditsiinikooli neuroloog kahtlustas, et need ülesandega seotud negatiivsed piirkonnad mängivad puhkavas meeles olulist rolli. "See tõstatas küsimuse" Mis on ajutegevuse algtase? "" meenutas Raichle. Ühes eksperimendis palus ta skanneritel inimestel silmad sulgeda ja lasta mõtetel lihtsalt rännata, kuni ta nende ajutegevust mõõtis.

Ta leidis, et puhkuse ajal, kui pöördume vaimselt sissepoole, kulutavad ülesandega seotud negatiivsed piirkonnad rohkem energiat kui ülejäänud aju. 2001. aasta artiklis nimetas ta seda tegevust "ajufunktsiooni vaikerežiim.” Kaks aastat hiljem, pärast kõrgema eraldusvõimega andmete genereerimist, avastas Stanfordi ülikooli meditsiinikooli meeskond, et see ülesande-negatiivne tegevus määratleb interakteeruvate ajupiirkondade sidusa võrgustiku, mida nad nimetasid. vaikerežiimi võrk.

Vaikimisi režiimi võrgu avastamine tekitas neuroteadlastes uudishimu selle vastu, mida aju teeb väljapoole suunatud ülesande puudumisel. Kuigi mõned teadlased uskusid, et võrgustiku põhiülesanne oli tekitada meie mõttemaailmas ekslemise või unistamise kogemus, oli palju muid oletusi. Võib-olla kontrollis see teadvuse vooge või aktiveeris mälestusi minevikukogemustest. Ja vaikerežiimi võrgu talitlushäireid peeti peaaegu kõigi psühhiaatriliste ja neuroloogiliste häirete, sealhulgas depressiooni, skisofreenia ja Alzheimeri tõve potentsiaalseks tunnuseks.

Sellest ajast peale on vaikerežiimi uurimine muutnud esialgse arusaama keerulisemaks. "On olnud väga huvitav näha, mis tüüpi ülesandeid ja paradigmasid on viimase 20 aasta jooksul vaikerežiimivõrku kasutanud," ütles ta. Lucina Uddin, Los Angelese California ülikooli neuroteadlane.

Vaikerežiim oli üks esimesi ajuvõrke, mida teadus iseloomustas. See koosneb käputäiest ajupiirkondadest, sealhulgas mõnest aju esiosast, nagu dorsaalne ja ventraalne mediaalne prefrontaalne ajukoor, ja teised, mis on hajutatud kogu elundis, nagu tagumine tsingulaarne ajukoor, precuneus ja nurgeline gyrus. Need piirkonnad on seotud mälu, kogemuste taasesitamise, ennustamise, tegevuse kaalumise, tasu/karistuse ja teabe integreerimisega. (Järgmisel joonisel olev värviline esiletõstmine näitab mõningaid väliseid ajupiirkondi, mis muutuvad aktiivsemaks, kui vaikevõrk lülitub sisse.)

Alates selle avastamisest on neuroteadlased lõdvalt tuvastanud käputäie täiendavaid erinevaid võrgustikke, millest igaüks aktiveerib näiliselt erinevaid ajupiirkondi. Need aktiveeritud alad ei toimi iseseisvalt, vaid pigem harmoneeruvad üksteisega sünkroonis. "Sa ei saa mõelda sümfooniaorkestrist kui ainult viiulitest või obodest," ütles Raichle. Samamoodi toimivad üksikud osad ajuvõrgus, et tekitada efekte, mida nad saavad tekitada ainult koos.

Uuringute kohaselt hõlmavad vaikerežiimivõrgu mõjud mõtetes ekslemist, minevikukogemuste meenutamist, teiste vaimsete seisundite üle mõtlemist, tuleviku ette kujutamist ja keele töötlemist. Kuigi see võib tunduda tunnetuse mitteseotud aspektide ampsuna, Vinod MenonStanfordi kognitiivsete ja süsteemide neuroteaduste labori direktor väitis hiljuti, et kõik need funktsioonid võivad olla kasulikud sisenarratiivi konstrueerimine. Tema arvates aitab vaikerežiimi võrk teil mõelda, kes te teiste suhtes olete, meenutada oma varasemaid kogemusi ja seejärel pakkida see kõik sidusaks minajutustuseks.

Vaikerežiim on selgelt kuni millegi keerulise; see on seotud paljude erinevate protsessidega, mida ei saa täpselt kirjeldada. "See on rumal mõelda, et me kunagi mõtleme: "See üks ajupiirkond või üks ajuvõrk teeb ühte asja,"" ütles Uddin. "Ma ei usu, et see nii toimib."

Uddin hakkas vaikerežiimi võrku uurima, kuna teda huvitas enesetuvastus ja paljud enesetuvastusülesanded, nagu teie näo või hääle tuvastamine, tundusid olevat võrguga seotud. Viimastel aastatel on ta pööranud tähelepanu ajuvõrkude vastastikmõjudele. Nii nagu erinevad ajupiirkonnad suhtlevad üksteisega võrgustike moodustamiseks, suhtlevad erinevad võrgud üksteisega tähendusrikkal viisil, ütles Uddin. "Võrgustiku interaktsioonide uurimine on mõnes mõttes selgem kui lihtsalt isoleeritud võrgustik, sest need töötavad koos ja lähevad seejärel lahku ja muudavad aja jooksul oma tegevust."

Ta on eriti huvitatud sellest, kuidas vaikerežiimi võrk suhtleb silmapaistvuse võrgustik, mis näib aitavat meil tuvastada igal ajahetkel kõige asjakohasema teabe. Tema töö viitab sellele, et silmapaistvusvõrk tuvastab, kui millelegi on oluline tähelepanu pöörata, ja toimib seejärel vaikerežiimi võrgu väljalülitajana.

Teadlased on uurinud ka seda, kas vaimse tervise häired, nagu depressioon, võivad olla seotud vaikerežiimi võrgu probleemidega. Siiani on tulemused olnud ebaselged. Näiteks depressiooniga inimestel on mõned teadlased leidnud, et võrgusõlmed on liiga ühendatud, samas kui teised on leidnud vastupidist - et sõlmed ei suuda ühendust luua. Ja mõnes uuringus ei ole vaikerežiimi võrk ise ebanormaalne, kuid selle koostoimed teiste võrkudega on küll. Need leiud võivad tunduda kokkusobimatud, kuid need on kooskõlas hiljutiste järeldustega, et depressioon on võib-olla erinevate häirete rühm millel on sarnased sümptomid.

Vahepeal on Menon välja töötanud selle, mida ta nimetab kolmekordse võrgu teooria. See eeldab, et vaikerežiimi võrgu, silmapaistvuse võrgu ja kolmanda, mida nimetatakse frontoparietaalseks võrguks, vahelised ebanormaalsed koostoimed võivad kaasa aidata vaimse tervise häiretele, sealhulgas skisofreeniale, depressioonile, ärevusele, dementsusele ja autismile. Tavaliselt vaikerežiimi võrgu aktiivsus väheneb, kui keegi pöörab tähelepanu välisele stiimulile, samas kui aktiivsus kahes teises võrgus suureneb. Menon kahtlustab, et selline võrgustikevaheline tõuge ja tõmbamine ei pruugi psühhiaatriliste või arenguhäiretega inimeste puhul samamoodi toimida.

Deanna Barch, kes õpib St. Louisis Washingtoni ülikoolis vaimuhaiguste neurobioloogiat, on kolmekordse võrgu teooriast huvitatud. Ta ütles, et uurides, kuidas vaimse tervise häiretega inimeste võrgud on erinevalt ühendatud, võib aidata teadlastel leida alusmehhanisme ja välja töötada ravi. Siiski ei usu ta, et võrgustiku suhtlus ainuüksi vaimseid haigusi täielikult selgitab. "Arvan, et lähtepunktiks on ühenduvuse erinevuste mõistmine, " ütles Barch. "See ei ole lõpp-punkt."

Praegune arusaam vaikerežiimi võrgust pole kindlasti ka selle lõpp-punkt. Alates selle avastamisest on see sundinud neuroteadlasi mõtlema üksikute ajupiirkondade vastutusest kaugemale ajuvõrkude vaheliste interaktsioonide mõjule. Ja see on ajendanud paljusid inimesi hindama mõistuse sissepoole suunatud tegevusi – isegi kui me unistame või oleme puhkamas, töötab meie aju selle nimel kõvasti tööd.