Mit csinál az agyad, amikor nem csinálsz semmit | Quanta Magazin

Amikor aktívan végez valamilyen feladatot – mondjuk súlyemelést az edzőteremben vagy kemény vizsgát tesz –, az agyának a végrehajtásához szükséges részei „aktívvá válnak”, amikor a neuronok fokozzák elektromos aktivitásukat. De akkor is aktív az agyad, amikor a kanapén heversz?

A válasz a kutatók szerint igen. Az elmúlt két évtizedben meghatározták az úgynevezett alapértelmezett módú hálózatot, az agy látszólag egymással nem összefüggő területeinek gyűjteményét, amelyek akkor aktiválódnak, ha egyáltalán nem csinálsz sokat. Felfedezése betekintést engedett abba, hogy az agy miként működik a jól meghatározott feladatokon kívül, és arra is ösztönözte a kutatást, hogy az agyi hálózatok – nem csak az agyi régiók – milyen szerepet játszanak belső tapasztalataink kezelésében.

A 20. század végén az idegtudósok új technikákat kezdtek alkalmazni, hogy képeket készítsenek az emberek agyáról a szkennelőgépeken végzett feladatok során. Ahogy az várható volt, bizonyos agyterületek aktivitása megnőtt a feladatok során – és a kutatók meglepetésére más agyterületek aktivitása ezzel egyidejűleg csökkent. Az idegtudósokat érdekelte, hogy sokféle feladat során ugyanazok az agyterületek következetesen visszahívták tevékenységüket.

Mintha ezek a területek aktívak lettek volna, amikor az ember nem csinál semmit, majd kikapcsoltak volna, amikor az elmének valami külsőre kellett koncentrálnia.

A kutatók ezeket a területeket „negatív feladatnak” nevezték. Amikor először azonosították őket, Marcus Raichle, a St. Louis-i Washington Egyetem Orvostudományi Karának neurológusa azt gyanította, hogy ezek a feladat-negatív területek fontos szerepet játszanak a pihenő elmében. „Ez felvetette a kérdést: „Mi az alapszintű agytevékenység?” – emlékezett vissza Raichle. Egy kísérlet során arra kérte az embereket a szkennerekben, hogy csukják be a szemüket, és egyszerűen hagyják elkalandozni az elméjüket, miközben méri agyi aktivitásukat.

Azt találta, hogy pihenés közben, amikor mentálisan befelé fordulunk, a feladat-negatív területek több energiát használnak fel, mint az agy többi része. Egy 2001-es cikkében ezt a tevékenységet ""az agyműködés alapértelmezett módja.” Két évvel később, nagyobb felbontású adatok generálása után a Stanford Egyetem Orvostudományi Karának csapata felfedezte, hogy ez a feladat-negatív tevékenység kölcsönhatásban lévő agyi régiók koherens hálózatát határozza meg, amelyet ők ún. az alapértelmezett módú hálózat.

Az alapértelmezett üzemmódú hálózat felfedezése felkeltette az idegtudósok kíváncsiságát, hogy mit csinál az agy a kifelé irányuló feladat hiányában. Bár egyes kutatók úgy vélték, hogy a hálózat fő funkciója az volt, hogy tapasztalatot szerezzen az elmében való vándorlásról vagy az álmodozásról, rengeteg más sejtés is született. Talán ez irányította a tudatfolyamokat vagy aktiválta a múltbeli tapasztalatok emlékeit. Az alapértelmezett módú hálózat működési zavarait pedig szinte minden pszichiátriai és neurológiai rendellenesség lehetséges jellemzőjeként lebegtették, beleértve a depressziót, a skizofréniát és az Alzheimer-kórt is.

Azóta az alapértelmezett móddal kapcsolatos kutatások hulláma bonyolította ezt a kezdeti megértést. „Nagyon érdekes volt látni, hogy az elmúlt 20 évben milyen típusú feladatok és paradigmák kapcsolódnak az alapértelmezett módú hálózathoz” – mondta. Lucina Uddin, a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem idegkutatója.

Az alapértelmezett mód volt az egyik első agyi hálózat, amelyet a tudomány jellemez. Maroknyi agyi régióból áll, köztük néhányat az agy elülső részén, például a háti és a ventrális mediális prefrontális kéregből, és más részekből, amelyek a szervben szétszórva helyezkednek el, mint például a hátsó cinguláris kéreg, a precuneus és a szögletes gyrus. Ezek a régiók az emlékezethez, a tapasztalatok visszajátszásához, az előrejelzéshez, a cselekvés megfontolásához, a jutalmazáshoz/büntetéshez és az információintegrációhoz kapcsolódnak. (A következő ábra színes kiemelése néhány külső agyterületet jelöl, amelyek aktívabbá válnak, amikor az alapértelmezett hálózat bekapcsolódik.)

Felfedezése óta az idegtudósok lazán azonosítottak néhány további különálló hálózatot, amelyek mindegyike az agy látszólag eltérő területeit aktiválja. Ezek az aktivált területek nem önállóan működnek, hanem egymással szinkronban harmonizálnak. „Nem gondolhatsz egy szimfonikus zenekarra csak a hegedűre vagy az oboára” – mondta Raichle. Hasonlóképpen egy agyhálózatban az egyes részek kölcsönhatásba lépnek, hogy olyan hatásokat idézzenek elő, amelyeket csak együtt tudnak produkálni.

A kutatások szerint az alapértelmezett módú hálózat hatásai közé tartozik a gondolatban való bolyongás, a múltbeli tapasztalatokra való emlékezés, a mások mentális állapotáról való gondolkodás, a jövő elképzelése és a nyelv feldolgozása. Bár ez a megismerés nem kapcsolódó aspektusainak zsákjának tűnhet, Vinod Menon, a Stanford Cognitive & Systems Neuroscience Laboratory igazgatója nemrégiben azt az elméletet fogalmazta meg, hogy ezek a funkciók mindegyike hasznos lehet belső narratíva felépítése. Véleménye szerint az alapértelmezett módú hálózat segít elgondolkodni azon, hogy ki is vagy másokhoz képest, felidézheti múltbeli tapasztalatait, majd mindezt összefüggő én-narratívává csomagolja.

Az alapértelmezett mód egyértelműen valami bonyolult dologra épül; sok különböző folyamatban vesz részt, amelyeket nem lehet pontosan leírni. „Nagyon ostobaság azt gondolni, hogy valaha is így fogunk lenni: „Ez az egyetlen agyi régió vagy egy agyhálózat egy dolgot csinál” – mondta Uddin. – Nem hiszem, hogy ez így működik.

Uddin elkezdte vizsgálni az alapértelmezett módú hálózatot, mert érdekelte az önfelismerés, és úgy tűnt, hogy számos önfelismerési feladat, például a saját arcának vagy hangjának azonosítása a hálózathoz kapcsolódik. Az elmúlt években figyelmét az agyi hálózatok közötti interakciókra helyezte. Ahogyan a különböző agyterületek kölcsönhatásba lépnek egymással, hogy hálózatokat alakítsanak ki, a különböző hálózatok értelmes módon kölcsönhatásba lépnek egymással, mondta Uddin. „A hálózati interakciókat több szempontból érdemes tanulmányozni, mint egy elszigetelt hálózatot, mert együtt működnek, majd szétválnak, majd idővel megváltoztatják tevékenységüket.”

Különösen érdekli, hogy az alapértelmezett módú hálózat hogyan működik együtt a kiemelkedõ hálózat, amely úgy tűnik, segít azonosítani az adott időpontban legrelevánsabb információt. Munkája azt sugallja, hogy a kiemelt hálózat észleli, ha valamire fontos odafigyelni, majd kikapcsolja az alapértelmezett módú hálózatot.

A kutatók azt is vizsgálták, hogy a mentális egészségi zavarok, például a depresszió összefüggésbe hozhatók-e az alapértelmezett módú hálózat problémáival. Eddig a megállapítások nem voltak meggyőzőek. Például depressziós embereknél egyes kutatók azt találták, hogy a hálózati csomópontok túlságosan össze vannak kötve, míg mások ennek az ellenkezőjét tapasztalták: a csomópontok nem tudnak kapcsolódni. Egyes tanulmányok szerint maga az alapértelmezett módú hálózat nem abnormális, de más hálózatokkal való interakciója igen. Ezek az eredmények összeegyeztethetetlennek tűnhetnek, de összhangban vannak a közelmúltbeli eredményekkel, amelyek szerint a depresszió talán az különböző rendellenességek csoportja amelyek hasonló tünetekkel jelentkeznek.

Eközben Menon kifejlesztette azt, amit ő a hármas hálózat elmélet. Feltételezi, hogy az alapértelmezett módú hálózat, a kiemelkedõ hálózat és egy harmadik, a frontoparietális hálózat közötti abnormális interakciók hozzájárulhatnak a mentális egészségi zavarokhoz, beleértve a skizofréniát, a depressziót, a szorongást, a demenciát és az autizmust. Jellemzően az alapértelmezett módú hálózat aktivitása csökken, ha valaki külső ingerre figyel, míg a másik két hálózatban növekszik. Menon gyanítja, hogy ez a hálózatok közötti nyomás és húzás nem működik ugyanúgy a pszichiátriai vagy fejlődési rendellenességekkel küzdő embereknél.

Deanna Barch, aki a mentális betegségek neurobiológiájával foglalkozik a St. Louis-i Washington Egyetemen, érdeklődik a hármas hálózat elmélete iránt. Azt mondta, hogy annak vizsgálata, hogy a hálózatok hogyan kapcsolódnak be különböző módon a mentális egészségi zavarokkal küzdő embereknél, segíthet a kutatóknak megtalálni a mögöttes mechanizmusokat és kifejleszteni a kezeléseket. Azonban nem hiszi, hogy a hálózati interakciók önmagukban teljesen megmagyarázzák a mentális betegségeket. „Szerintem a kapcsolódási különbségek megértését kiindulópontnak tekintem” – mondta Barch. – Ez nem végpont.

Az alapértelmezett módú hálózat jelenlegi értelmezése biztosan nem a végpontja. Felfedezése óta arra késztette az idegtudósokat, hogy az egyes agyi régiók felelősségén túl gondolkodjanak az agyi hálózatok közötti interakciók hatásairól. Sok embert ez késztetett arra, hogy értékeljék az elme befelé irányuló tevékenységeit – hogy még álmodozás közben is, vagy pihenés közben agyunk keményen dolgozik, hogy ez megvalósuljon.