Co robi Twój mózg, kiedy nic nie robisz | Magazyn Quanta

Za każdym razem, gdy aktywnie wykonujesz jakieś zadanie – powiedzmy podnosząc ciężary na siłowni lub zdając trudny egzamin – części mózgu potrzebne do jego wykonania stają się „aktywne”, gdy neurony zwiększają swoją aktywność elektryczną. Ale czy Twój mózg jest aktywny nawet wtedy, gdy odpoczywasz na kanapie?

Odpowiedź, jak odkryli naukowcy, brzmi: tak. W ciągu ostatnich dwudziestu lat zdefiniowali tak zwaną sieć trybu domyślnego, czyli zbiór pozornie niezwiązanych ze sobą obszarów mózgu, które aktywują się, gdy w ogóle nie robisz zbyt wiele. Jego odkrycie dało wgląd w to, jak mózg funkcjonuje poza ściśle określonymi zadaniami, a także skłoniło do badań nad rolą sieci mózgowych – a nie tylko regionów mózgu – w zarządzaniu naszymi wewnętrznymi doświadczeniami.

Pod koniec XX wieku neurobiolodzy zaczęli stosować nowe techniki wykonywania zdjęć mózgów ludzi wykonujących zadania w maszynach skanujących. Zgodnie z oczekiwaniami aktywność niektórych obszarów mózgu wzrosła podczas wykonywania zadań i, ku zaskoczeniu badaczy, aktywność innych obszarów mózgu jednocześnie spadła. Neuronaukowców zaintrygowało to, że podczas wykonywania różnorodnych zadań te same obszary mózgu stale zmniejszały swoją aktywność.

To było tak, jakby te obszary były aktywne, gdy dana osoba nic nie robiła, a następnie wyłączały się, gdy umysł musiał skoncentrować się na czymś zewnętrznym.

Naukowcy nazwali te obszary „zadaniem negatywnym”. Kiedy po raz pierwszy zostali zidentyfikowani, Marcusa Raichle’a, neurolog z Washington University School of Medicine w St. Louis, podejrzewa, że ​​te obszary negatywne na zadania odgrywają ważną rolę w odpoczynku umysłu. „To rodziło pytanie: Jaka jest wyjściowa aktywność mózgu?”, wspomina Raichle. W eksperymencie poprosił ludzi korzystających ze skanerów, aby zamknęli oczy i po prostu pozwolili myślom wędrować, podczas gdy on mierzył aktywność ich mózgu.

Odkrył, że podczas odpoczynku, kiedy kierujemy umysł do wewnątrz, obszary odpowiedzialne za negatywne zadania zużywają więcej energii niż reszta mózgu. W artykule z 2001 roku nazwał tę działalność „domyślny tryb funkcjonowania mózgu.” Dwa lata później, po wygenerowaniu danych o wyższej rozdzielczości, zespół ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Stanforda odkrył, że ta aktywność negatywnie wpływająca na zadania definiuje spójną sieć oddziałujących ze sobą obszarów mózgu, którą nazwali sieć w trybie domyślnym.

Odkrycie sieci trybu domyślnego rozpaliło ciekawość neuronaukowców tym, co robi mózg w przypadku braku zadania skupionego na zewnątrz. Chociaż niektórzy badacze uważali, że główną funkcją sieci jest generowanie doświadczenia błądzenia umysłem lub marzeń, istniało wiele innych przypuszczeń. Być może kontrolował strumienie świadomości lub aktywował wspomnienia przeszłych doświadczeń. A dysfunkcja sieci działającej w trybie domyślnym została uznana za potencjalną cechę niemal każdego zaburzenia psychiatrycznego i neurologicznego, w tym depresji, schizofrenii i choroby Alzheimera.

Od tego czasu lawina badań nad trybem domyślnym skomplikowała to początkowe zrozumienie. „Bardzo interesujące było obserwowanie rodzajów różnych zadań i paradygmatów, które angażowały sieć w trybie domyślnym w ciągu ostatnich 20 lat” – powiedział Lucyna Uddin, neurolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles.

Tryb domyślny był jedną z pierwszych sieci mózgowych scharakteryzowanych przez naukę. Składa się z kilku obszarów mózgu, w tym kilku z przodu mózgu, takich jak grzbietowa i brzuszna przyśrodkowa kora przedczołowa, oraz innych rozproszonych po całym narządzie, takich jak tylna kora obręczy, przedklinek i zakręt kątowy. Regiony te są powiązane z pamięcią, powtarzaniem doświadczeń, przewidywaniem, rozważaniem działań, nagrodą/karą i integracją informacji. (Kolorowe podkreślenie na poniższym rysunku wskazuje, że niektóre zewnętrzne obszary mózgu stają się bardziej aktywne, gdy włącza się sieć domyślna.)

Od czasu jego odkrycia neurobiolodzy luźno zidentyfikowali kilka dodatkowych, odrębnych sieci, z których każda aktywuje pozornie odmienne obszary mózgu. Te aktywowane obszary nie działają niezależnie, ale raczej harmonizują ze sobą w synchronizacji. „Nie można myśleć o orkiestrze symfonicznej jak o skrzypcach i obojach” – powiedział Raichle. Podobnie w sieci mózgowej poszczególne części oddziałują na siebie, wywołując efekty, które mogą wywołać tylko razem.

Według badań skutki działania sieci w trybie domyślnym obejmują błądzenie umysłem, zapamiętywanie przeszłych doświadczeń, myślenie o stanach psychicznych innych, przewidywanie przyszłości i przetwarzanie języka. Choć może się to wydawać workiem niepowiązanych ze sobą aspektów poznania, Vinoda Menona, dyrektor Stanford Cognitive & Systems Neuroscience Laboratory, wysunął niedawno teorię, że wszystkie te funkcje mogą być pomocne w budowanie narracji wewnętrznej. Jego zdaniem sieć w trybie domyślnym pomaga zastanowić się, kim jesteś w stosunku do innych, przypomnieć sobie swoje przeszłe doświadczenia, a następnie ująć to wszystko w spójną autonarrację.

Tryb domyślny najwyraźniej wymaga czegoś skomplikowanego; bierze udział w wielu różnych procesach, których nie da się zgrabnie opisać. „To trochę głupie myśleć, że kiedykolwiek pomyślimy: «Ten jeden obszar mózgu lub jedna sieć mózgowa robi jedną rzecz»” – stwierdził Uddin. „Nie sądzę, że to tak działa.”

Uddin zaczęła badać sieć w trybie domyślnym, ponieważ interesowała ją samorozpoznawanie, a wiele zadań związanych z samorozpoznawaniem, takich jak identyfikacja własnej twarzy lub głosu, wydawało się być powiązanych z siecią. W ostatnich latach skupiła swoją uwagę na interakcjach między sieciami mózgowymi. Tak jak różne obszary mózgu współdziałają ze sobą, tworząc sieci, tak różne sieci oddziałują na siebie w znaczący sposób, powiedział Uddin. „Interakcje sieciowe są bardziej przydatne do badania pod pewnymi względami niż tylko sieć izolowana, ponieważ współpracują ze sobą, a następnie rozpadają się, a następnie z czasem zmieniają swoje działanie”.

Szczególnie interesuje ją sposób interakcji sieci w trybie domyślnym sieć istotności, co wydaje się pomagać nam w identyfikacji najbardziej istotnej informacji w danym momencie. Jej praca sugeruje, że sieć istotności wykrywa, kiedy jest coś ważnego, na co należy zwrócić uwagę, a następnie działa jako wyłącznik sieci w trybie domyślnym.

Naukowcy sprawdzali również, czy zaburzenia zdrowia psychicznego, takie jak depresja, można powiązać z problemami z siecią w trybie domyślnym. Jak dotąd ustalenia nie są jednoznaczne. Na przykład u osób chorych na depresję niektórzy badacze odkryli, że węzły sieci są nadmiernie połączone, podczas gdy inni odkryli coś przeciwnego — że węzły nie łączą się. W niektórych badaniach sama sieć w trybie domyślnym nie jest nienormalna, ale jej interakcje z innymi sieciami już tak. Odkrycia te mogą wydawać się niezgodne, ale pokrywają się z najnowszymi odkryciami, że prawdopodobnie przyczyną jest depresja zespół różnych zaburzeń które mają podobne objawy.

W międzyczasie Menon opracował to, co nazywa teoria potrójnej sieci. Zakłada, że ​​nieprawidłowe interakcje pomiędzy siecią trybu domyślnego, siecią istotności i trzecią siecią zwaną siecią czołowo-ciemieniową mogą przyczyniać się do zaburzeń zdrowia psychicznego, w tym schizofrenii, depresji, lęku, demencji i autyzmu. Zwykle aktywność sieci w trybie domyślnym maleje, gdy ktoś zwraca uwagę na bodziec zewnętrzny, podczas gdy aktywność w dwóch pozostałych sieciach wzrasta. Menon podejrzewa, że ​​to przepychanie się między sieciami może nie działać w ten sam sposób u osób z zaburzeniami psychicznymi lub zaburzeniami rozwojowymi.

Deanna Barch, który studiuje neurobiologię chorób psychicznych na Uniwersytecie Waszyngtońskim w St. Louis, jest zaintrygowany teorią potrójnej sieci. Badanie sposobu, w jaki sieci są inaczej połączone u osób z zaburzeniami zdrowia psychicznego, może pomóc naukowcom w znalezieniu leżących u ich podstaw mechanizmów i opracowaniu metod leczenia – dodała. Nie uważa jednak, że same interakcje sieciowe w pełni wyjaśnią chorobę psychiczną. „Myślę, że punktem wyjścia jest zrozumienie różnic w łączności” – powiedział Barch. „To nie jest punkt końcowy”.

Obecne rozumienie sieci w trybie domyślnym z pewnością nie jest jej punktem końcowym. Od czasu swojego odkrycia skłoniło neuronaukowców do wyjścia poza obowiązki pojedynczych obszarów mózgu i skupienia się na skutkach interakcji między sieciami mózgowymi. Wiele osób zaczęło doceniać skierowane do wewnątrz działania umysłu – nawet gdy śnimy na jawie lub odpoczywamy, nasz mózg ciężko pracuje, aby to urzeczywistnić.