Mitä aivosi tekevät, kun et tee mitään | Quanta-lehti

Aina kun suoritat jotakin tehtävää aktiivisesti – esimerkiksi nostat painoja kuntosalilla tai suoritat kovan kokeen – sen suorittamiseen tarvittavat osat aivoissasi muuttuvat "aktiivisiksi", kun neuronit lisäävät sähköistä toimintaansa. Mutta ovatko aivosi aktiiviset, vaikka olet sohvalla?

Vastaus, tutkijat ovat löytäneet, on kyllä. Viimeisten kahden vuosikymmenen aikana he ovat määrittäneet niin kutsutun oletustilan verkon, kokoelman näennäisesti toisiinsa liittymättömiä aivojen alueita, jotka aktivoituvat, kun et tee yhtään mitään. Sen löytö on tarjonnut oivalluksia siitä, kuinka aivot toimivat tarkoin määriteltyjen tehtävien ulkopuolella, ja se on myös kannustanut tutkimaan aivoverkostojen - ei vain aivoalueiden - roolia sisäisen kokemuksemme hallinnassa.

20-luvun lopulla neurotieteilijät alkoivat käyttää uusia tekniikoita ottaakseen kuvia ihmisten aivoista, kun he suorittivat tehtäviä skannauskoneissa. Kuten odotettiin, aktiivisuus tietyillä aivoalueilla lisääntyi tehtävien aikana – ja tutkijoiden yllätykseksi aktiivisuus muilla aivoalueilla väheni samanaikaisesti. Neurotieteilijöitä kiinnosti se, että monien eri tehtävien aikana samat aivoalueet jaksottivat jatkuvasti toimintaansa.

Tuntui siltä, ​​että nämä alueet olisivat olleet aktiivisia, kun henkilö ei tehnyt mitään, ja sitten sammuneet, kun mielen täytyi keskittyä johonkin ulkoiseen.

Tutkijat kutsuivat näitä alueita "negatiivisiksi tehtäviksi". Kun heidät tunnistettiin ensimmäisen kerran, Marcus Raichle, neurologi Washingtonin yliopiston lääketieteellisessä tiedekunnassa St. Louisissa, epäili, että näillä tehtävän negatiivisilla alueilla on tärkeä rooli lepäävässä mielessä. "Tämä herätti kysymyksen "mikä on aivojen perustoiminta?" Raichle muisteli. Kokeessa hän pyysi skannereissa olevia ihmisiä sulkemaan silmänsä ja antamaan mielensä vaeltaa, kun hän mittasi heidän aivotoimintaansa.

Hän havaitsi, että levon aikana, kun käännymme henkisesti sisäänpäin, tehtävän negatiiviset alueet käyttävät enemmän energiaa kuin muut aivot. Vuoden 2001 lehdessä hän kutsui tätä toimintaa "oletusarvoinen aivojen toimintatapa.” Kaksi vuotta myöhemmin, tuotettuaan korkeamman resoluution dataa, Stanfordin yliopiston lääketieteellisen korkeakoulun ryhmä havaitsi, että tämä tehtävän negatiivinen aktiivisuus määrittelee vuorovaikutteisten aivoalueiden yhtenäisen verkoston, jota he kutsuivat. oletustilan verkko.

Oletusmoodiverkon löytäminen herätti neurotieteilijöiden keskuudessa uteliaisuuden siitä, mitä aivot tekevät ilman ulospäin suuntautuvaa tehtävää. Vaikka jotkut tutkijat uskoivat, että verkoston päätehtävänä oli tuottaa kokemuksia mielen vaeltelemisesta tai unelmoinnista, oli paljon muitakin olettamuksia. Ehkä se kontrolloi tietoisuuden virtoja tai aktivoi muistoja menneistä kokemuksista. Ja oletustilan verkon toimintahäiriöt leijuttiin mahdolliseksi piirteeksi lähes jokaisessa psykiatrisessa ja neurologisessa häiriössä, mukaan lukien masennus, skitsofrenia ja Alzheimerin tauti.

Siitä lähtien oletustilan tutkimustulva on vaikeuttanut alkuperäistä ymmärrystä. "On ollut erittäin mielenkiintoista nähdä, millaisia ​​erilaisia ​​tehtäviä ja paradigmoja ovat käyttäneet oletustilan verkkoa viimeisen 20 vuoden aikana", sanoi Lucina Uddin, neurotieteilijä Kalifornian yliopistosta Los Angelesista.

Oletustila oli yksi ensimmäisistä aivoverkostoista, joita tiede luonnehti. Se koostuu kourallisesta aivoalueesta, mukaan lukien muutamat aivojen etuosassa, kuten selkä- ja ventraaliset mediaaliset prefrontaaliset aivokuoret, ja muut, jotka ovat hajallaan kaikkialla elimessä, kuten posteriorinen cingulaattikuori, precuneus ja kulmikas gyrus. Nämä alueet liittyvät muistiin, kokemusten toistoon, ennustamiseen, toiminnan harkintaan, palkitsemiseen/rangaistukseen ja tiedon integrointiin. (Seuraavan kuvan värillinen korostus osoittaa joitakin ulompia aivoalueita, jotka muuttuvat aktiivisemmiksi, kun oletusverkko kytkeytyy.)

Sen löytämisen jälkeen neurotieteilijät ovat löyhästi tunnistaneet kourallisen lisäverkkoja, jotka kukin aktivoivat näennäisesti erilaisia ​​aivojen alueita. Nämä aktivoidut alueet eivät toimi itsenäisesti, vaan harmonisoituvat synkronisesti toistensa kanssa. "Et voi ajatella sinfoniaorkesteria vain viuluina tai oboina", Raichle sanoi. Samoin aivoverkossa yksittäiset osat ovat vuorovaikutuksessa aikaansaaden vaikutuksia, joita ne voivat tuottaa vain yhdessä.

Tutkimusten mukaan oletusmoodiverkon vaikutuksia ovat mielen vaeltaminen, menneiden kokemusten muistaminen, muiden mielentilojen ajatteleminen, tulevaisuuden visio ja kielen käsittely. Vaikka tämä saattaa tuntua kognition toisiinsa liittymättömien näkökohtien keräilypussilta, Vinod MenonStanford Cognitive & Systems Neuroscience Laboratoryn johtaja teoriassa äskettäin, että kaikki nämä toiminnot voivat olla hyödyllisiä sisäisen narratiivin rakentaminen. Hänen mukaansa oletustilan verkko auttaa sinua ajattelemaan, kuka olet suhteessa muihin, muistamaan menneitä kokemuksiasi ja sitten käärimään kaiken johdonmukaiseksi itsekertomukseksi.

Oletustila on selvästikin jotain monimutkaista; se on mukana monissa erilaisissa prosesseissa, joita ei voi selkeästi kuvata. "On typerää ajatella, että tulemme koskaan olemaan kuin "Tämä yksi aivoalue tai yksi aivoverkosto tekee yhden asian", Uddin sanoi. "En usko, että se toimii niin."

Uddin aloitti oletustilan verkon tutkimisen, koska hän oli kiinnostunut itsensä tunnistamisesta, ja monet itsetunnistustehtävät, kuten omien kasvojen tai äänesi tunnistaminen, näyttivät liittyvän verkkoon. Viime vuosina hän on kiinnittänyt huomionsa aivoverkostojen välisiin vuorovaikutuksiin. Aivan kuten eri aivoalueet ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa muodostaen verkostoja, eri verkostot ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa merkityksellisillä tavoilla, Uddin sanoi. "Verkostojen vuorovaikutusta on selvempää tutkia jollain tavalla kuin vain verkostoa erillään, koska ne toimivat yhdessä ja sitten hajoavat ja sitten muuttavat toimintaansa ajan myötä."

Hän on erityisen kiinnostunut siitä, miten oletustilan verkko on vuorovaikutuksessa näkyvyysverkosto, joka näyttää auttavan meitä tunnistamaan kulloinkin olennaisimmat tiedot. Hänen työnsä viittaa siihen, että näkyvyysverkko havaitsee, kun jokin on tärkeää kiinnittää huomiota, ja toimii sitten oletustilan verkon poiskytkimenä.

Tutkijat ovat myös tutkineet, voidaanko mielenterveyshäiriöt, kuten masennus, yhdistää oletustilan verkon ongelmiin. Toistaiseksi havainnot ovat olleet epäselviä. Esimerkiksi masennusta sairastavilla ihmisillä jotkut tutkijat ovat havainneet, että verkkosolmut ovat liiallisia, kun taas toiset ovat havainneet päinvastoin - että solmut eivät saa yhteyttä. Ja joissakin tutkimuksissa oletustilan verkko itsessään ei ole epänormaali, mutta sen vuorovaikutus muiden verkkojen kanssa on. Nämä havainnot saattavat vaikuttaa yhteensopimattomilta, mutta ne ovat yhtäpitäviä viimeaikaisten havaintojen kanssa, joiden mukaan masennus on ehkä joukko erilaisia ​​häiriöitä joilla on samanlaisia ​​oireita.

Samaan aikaan Menon on kehittänyt sen, mitä hän kutsuu kolminkertaisen verkon teoria. Se olettaa, että epänormaalit vuorovaikutukset oletustilan verkon, näkyvyyden verkon ja kolmannen, frontoparietaalisen verkon välillä voivat edistää mielenterveyshäiriöitä, mukaan lukien skitsofrenia, masennus, ahdistuneisuus, dementia ja autismi. Tyypillisesti oletustilan verkon aktiivisuus vähenee, kun joku kiinnittää huomiota ulkoiseen ärsykkeeseen, kun taas aktiivisuus kahdessa muussa verkossa lisääntyy. Tämä verkostojen välinen työntö ja veto ei välttämättä toimi samalla tavalla ihmisillä, joilla on psykiatrisia tai kehityshäiriöitä, Menon epäilee.

Deanna Barch, joka opiskelee mielenterveyssairauksien neurobiologiaa Washingtonin yliopistossa St. Louisissa, on kiinnostunut kolminkertaisen verkon teoriasta. Hän sanoi, että sen tutkiminen, kuinka verkostot on kytketty eri tavalla mielenterveyshäiriöistä kärsivillä ihmisillä, voi auttaa tutkijoita löytämään taustalla olevia mekanismeja ja kehittämään hoitoja. Hän ei kuitenkaan usko, että verkostovuorovaikutus yksinään selittää mielenterveysongelmia. "Ajattelen yhteyksien erojen ymmärtämistä lähtökohtana", Barch sanoi. "Se ei ole päätepiste."

Nykyinen käsitys oletustilan verkosta ei varmastikaan ole sen päätepiste. Löytämisestään lähtien se on ajanut neurotieteilijät ajattelemaan yksittäisten aivojen alueiden vastuuta pidemmälle kuin aivoverkostojen välisten vuorovaikutusten vaikutuksia. Ja se on saanut monet ihmiset arvostamaan mielen sisäänpäin suuntautuneita toimintoja – että vaikka haaveilemme tai lepäämme, aivomme tekevät kovasti töitä saadakseen sen tapahtumaan.