مطالعه MRI دانش ما را در مورد نحوه عملکرد مغز انسان به چالش می کشد - دنیای فیزیک

مطالعه MRI دانش ما را در مورد نحوه عملکرد مغز انسان به چالش می کشد - دنیای فیزیک

تمبر زمان: 6 ژوئیه 2023، 5:00 صبح

جیمز پانگ و الکس فورنیتو
شکل مغز محققان دانشگاه موناش، جیمز پانگ (سمت چپ) و الکس فورنیتو بیش از 10,000 MRI را مطالعه کردند تا تعیین کنند هندسه مغز بر فعالیت آن تأثیر می گذارد. (تخصص: دانشگاه موناش)

مغز انسان چگونه کار می کند؟ بستگی داره از کی بپرسی

در مدرسه، احتمالاً به شما آموخته اند که مغز ما حاوی میلیاردها نورون است که ورودی ها را پردازش می کنند و به ما کمک می کنند تا افکار، احساسات و حرکات را شکل دهیم. از متخصصان تصویربرداری بپرسید، در مورد اینکه چگونه می‌توانیم مغز را به روش‌های مختلف با استفاده از تکنیک‌های مختلف تصویربرداری ببینیم و در مورد آنچه که از هر تصویر می‌توانیم یاد بگیریم، خواهید آموخت. دانشمندان علوم اعصاب همچنین در مورد فعل و انفعالات بین نورون ها و مواد شیمیایی مرتبط مانند دوپامین و سروتونین به شما خواهند گفت.

اگر از زیر گروهی از دانشمندان علوم اعصاب که بر چارچوب‌های ریاضی تمرکز می‌کنند بپرسید که چگونه شکل مغز بر فعالیت آن تأثیر می‌گذارد - حوزه‌ای از علوم اعصاب ریاضی به نام نظریه میدان عصبی - به روشی دیگر شروع به درک رابطه بین شکل، ساختار و عملکرد مغز خواهید کرد. .

نظریه میدان عصبی مبتنی بر درک متعارف ما از نحوه عملکرد مغز است. از شکل فیزیکی مغز - اندازه، طول و انحنای قشر، و شکل سه بعدی قشر فرعی - به عنوان داربستی استفاده می کند که فعالیت مغز در طول زمان و مکان روی آن انجام می شود. سپس دانشمندان فعالیت الکتریکی ماکروسکوپی مغز را با استفاده از هندسه مغز برای اعمال محدودیت‌ها مدل‌سازی می‌کنند. به عنوان مثال، فعالیت الکتریکی در امتداد قشر مغز ممکن است به عنوان برهم نهی امواج سیار که از طریق ورقه‌ای از بافت عصبی منتشر می‌شوند، مدل‌سازی شود.

این ایده که هندسه مغز می‌تواند بر هر فعالیتی که در داخل اتفاق می‌افتد تأثیر بگذارد یا آن را محدود کند، یک سؤال مرسوم علوم اعصاب نیست، درست است؟ این یک سوال بسیار باطنی است... دهه ها کار در تلاش برای ترسیم سیم کشی پیچیده مغز انجام شده است، و ما فکر کرده ایم که تمام فعالیت هایی که از مغز خارج می شود توسط این سیم کشی پیچیده هدایت می شود. جیمز پنگمحقق دانشگاه موناش موسسه ترنر برای سلامت مغز و روان.

در یک مطالعه منتشر شده در طبیعتپانگ و همکارانش با شناسایی رابطه قوی بین شکل مغز و فعالیت MRI عملکردی (fMRI) این درک رایج را به چالش کشیده اند.

محققان در حال مطالعه رزونانس‌های طبیعی به نام حالت‌های ویژه بودند که زمانی رخ می‌دهند که بخش‌های مختلف یک سیستم با یک فرکانس ارتعاش می‌کنند، مانند برانگیختگی‌هایی که در طول یک اسکن fMRI برانگیخته در مغز رخ می‌دهد. هنگامی که آنها مدل های ریاضی را از نظریه میدان عصبی به بیش از 10,000 نقشه فعالیت و داده های fMRI از پروژه مشترک انسانیمحققان دریافتند که فعالیت قشری و زیر قشری ناشی از تحریک حالت‌های ویژه در سطح مغز با طول موج‌های فضایی بلند تا 6 سانتی‌متر و بیشتر از آن است. این نتیجه با باور اصلی که فعالیت مغز موضعی است در تضاد است.

ما مدت‌هاست فکر می‌کردیم که افکار یا احساسات خاص باعث ایجاد فعالیت در بخش‌های خاصی از مغز می‌شوند، اما این مطالعه نشان می‌دهد که الگوهای ساختاری فعالیت تقریباً در کل مغز برانگیخته می‌شوند، درست مانند روشی که در آن یک نت موسیقی از ارتعاشاتی که در طول رخ می‌دهد برمی‌خیزد. پنگ در بیانیه‌ای مطبوعاتی می‌گوید: تمام طول یک سیم ویولن، و نه فقط یک بخش مجزا.

پانگ و همکارانش همچنین نحوه عملکرد حالت‌های ویژه هندسی، به دست آمده از مدل‌های شکل مغز، را نسبت به حالت‌های ویژه اتصال که از مدل‌های اتصال مغز به‌دست می‌آیند، مقایسه کردند. آنها دریافتند که حالت‌های خاص هندسی محدودیت‌های بیشتری را نسبت به حالت‌های ویژه اتصالی بر فعالیت مغز تحمیل می‌کنند، که نشان می‌دهد خطوط و انحنای مغز به شدت بر فعالیت مغز تأثیر می‌گذارد - شاید حتی تا حدی بیشتر از اتصال پیچیده بین جمعیت‌های نورون‌ها.

به بیان ساده، نتایج دانشمندان دانش ما را در مورد نحوه عملکرد مغز انسان به چالش می کشد.

پنگ می گوید: «ما نمی گوییم که اتصال در مغز شما مهم نیست. آنچه ما می گوییم این است که شکل مغز شما نیز سهم قابل توجهی دارد. بسیار محتمل است که هر دو دنیا تا حدودی هم افزایی داشته باشند... دهه ها و دهه ها کار از هر دو طرف تحقیق در دنیای نظریه میدان عصبی و دنیای اتصال انجام شده است، و به نظر من هر دو مهم هستند. این مطالعه احتمالات بسیاری را در اختیار ما قرار می‌دهد - برای مثال، می‌توانیم بررسی کنیم که چگونه حالت‌های ویژه هندسی از طریق رشد عصبی تغییر می‌کنند یا توسط اختلالات بالینی مختل می‌شوند. این کاملا هیجان انگیز است.”

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک