MRI 연구는 인간의 뇌가 어떻게 작동하는지에 대한 우리의 지식에 도전합니다.

MRI 연구는 인간의 뇌가 어떻게 작동하는지에 대한 우리의 지식에 도전합니다.

타임 스탬프 : 6 년 2023 월 5 일 오전 00:XNUMX

제임스 팡과 알렉스 포르니토
뇌의 모양 Monash University 연구원인 James Pang(왼쪽)과 Alex Fornito는 10,000개 이상의 MRI를 연구하여 뇌 구조가 활동에 영향을 미친다는 것을 확인했습니다. (제공: 모나시 대학교)

인간의 두뇌는 어떻게 작동합니까? 누구에게 물어보느냐에 따라 다릅니다.

학교에서 우리의 뇌에는 입력을 처리하고 생각, 감정 및 움직임을 형성하는 데 도움이 되는 수십억 개의 뉴런이 포함되어 있다고 배웠을 것입니다. 이미징 전문가에게 문의하면 다양한 이미징 기술을 사용하여 다양한 방식으로 뇌를 보는 방법과 각 이미지에서 배울 수 있는 내용에 대해 배울 수 있습니다. 신경과학자들은 또한 도파민과 세로토닌과 같은 관련 화학물질과 뉴런 사이의 상호작용에 대해서도 알려줄 것입니다.

신경장 이론이라고 하는 수학적 신경과학의 영역인 뇌의 모양이 뇌의 활동에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 수학적 틀에 초점을 맞춘 신경과학자 하위 그룹에게 질문하면 뇌 모양, 구조 및 기능 사이의 관계를 또 다른 방식으로 이해하기 시작할 것입니다. .

신경장 이론은 뇌가 어떻게 작동하는지에 대한 기존의 이해를 기반으로 합니다. 그것은 뇌의 물리적 형태(피질의 크기, 길이 및 곡률, 피질 하부의 XNUMX차원 형태)를 시간과 공간에 걸쳐 일어나는 뇌 활동의 발판으로 사용합니다. 그런 다음 과학자들은 제약을 가하기 위해 뇌의 기하학을 사용하여 뇌의 거시적 전기 활동을 모델링합니다. 예를 들어, 피질을 따라 일어나는 전기 활동은 신경 조직 시트를 통해 전파되는 진행파의 중첩으로 모델링될 수 있습니다.

“뇌의 기하학이 내부에서 일어나는 모든 활동에 영향을 미치거나 제한할 수 있다는 생각은 기존의 신경과학 질문이 아닙니다. 그것은 매우 난해한 질문입니다...뇌의 복잡한 배선을 매핑하기 위해 수십 년 동안 노력해 왔으며 우리는 뇌에서 나오는 모든 활동이 이 복잡한 배선에 의해 주도된다고 생각했습니다."라고 말합니다. 제임스 팡, Monash University의 연구원 뇌 및 정신 건강을 위한 터너 연구소.

에 발표 된 연구에서 자연, Pang과 그의 동료들은 뇌 모양과 기능적 MRI(fMRI) 활동 사이의 강한 관계를 확인함으로써 이러한 일반적인 이해에 도전했습니다.

연구자들은 시스템의 다른 부분이 동일한 주파수로 진동할 때 발생하는 고유모드(eigenmodes)라고 불리는 자연 공명을 연구하고 있었습니다. 신경장 이론의 수학적 모델을 10,000개 이상의 활동 지도와 fMRI 데이터에 적용했을 때 휴먼 Connectome 프로젝트, 연구자들은 피질 및 피질 하부 활동이 최대 6cm 이상의 긴 공간 파장을 가진 뇌 전체 고유 모드의 여기에서 발생한다는 것을 발견했습니다. 이 결과는 뇌 활동이 국소화된다는 선도적인 믿음과 대조됩니다.

“우리는 오랫동안 특정한 생각이나 감각이 뇌의 특정 부분에서 활동을 이끌어낸다고 생각해 왔지만, 이번 연구는 구조화된 활동 패턴이 거의 뇌 전체에 걸쳐 흥분된다는 것을 밝혔습니다. 고립된 부분만이 아니라 바이올린 현의 전체 길이입니다.”라고 Pang은 언론 성명에서 말했습니다.

Pang과 그의 동료들은 또한 뇌 모양 모델에서 얻은 기하학적 고유 모드가 뇌 연결성 모델에서 얻은 커넥톰 고유 모드와 비교하여 수행하는 방식을 비교했습니다. 그들은 기하학적 고유모드가 커넥톰 고유모드보다 뇌 활동에 더 큰 제한을 부과한다는 것을 발견했으며, 이는 뇌의 윤곽과 곡률이 뇌 활동에 강력한 영향을 미친다는 것을 시사합니다.

간단히 말해서, 과학자들의 결과는 인간의 뇌가 어떻게 작동하는지에 대한 우리의 지식에 도전합니다.

"두뇌의 연결성이 중요하지 않다는 말이 아닙니다."라고 Pang은 말합니다. “우리가 말하는 것은 뇌의 모양도 상당한 기여를 한다는 것입니다. 두 세계 모두 약간의 시너지 효과가 있을 가능성이 높습니다. 신경장 이론 세계와 연결성 세계에 대한 연구의 양쪽에서 수십 년 동안 작업이 있었으며 제 생각에는 둘 다 중요합니다. 이 연구는 많은 가능성을 열어줍니다. 예를 들어 기하학적 고유 모드가 신경 발달을 통해 어떻게 달라지거나 임상 장애에 의해 중단되는지 연구할 수 있습니다. 상당히 흥미진진합니다.”

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