Исследование МРТ бросает вызов нашим знаниям о том, как работает человеческий мозг

Исследование МРТ бросает вызов нашим знаниям о том, как работает человеческий мозг

Отметка времени: 6 июля 2023 г., 5:00

Джеймс Пэнг и Алекс Форнито
Форма мозга Исследователи из Университета Монаша Джеймс Панг (слева) и Алекс Форнито изучили более 10,000 XNUMX МРТ, чтобы определить, влияет ли геометрия мозга на его активность. (Предоставлено: Университет Монаша)

Как работает человеческий мозг? Это зависит от того, кого вы спросите.

В школе вас, вероятно, учили, что наш мозг содержит миллиарды нейронов, которые обрабатывают входные данные и помогают нам формировать мысли, эмоции и движения. Спросите специалистов по визуализации, и вы узнаете о том, как мы можем видеть мозг по-разному, используя различные методы визуализации, и о том, что мы можем узнать из каждого изображения. Нейробиологи также расскажут вам о взаимодействии между нейронами и связанными с ними химическими веществами, такими как дофамин и серотонин.

Если вы спросите подгруппу нейробиологов, занимающихся математическими основами, о том, как форма мозга влияет на его активность — область математической нейронауки, называемую теорией нейронных полей, — вы начнете понимать взаимосвязь между формой, структурой и функциями мозга еще по-другому. .

Теория нейронного поля основывается на нашем традиционном понимании того, как работает мозг. Он использует физическую форму мозга — размер, длину и кривизну коры, а также трехмерную форму подкорки — как основу, на которой происходит активность мозга во времени и пространстве. Затем ученые моделируют макроскопическую электрическую активность мозга, используя геометрию мозга, чтобы наложить ограничения. Электрическая активность вдоль коры, например, может быть смоделирована как суперпозиция бегущих волн, распространяющихся через слой нервной ткани.

«Идея о том, что геометрия мозга может влиять или ограничивать любую активность, происходящую внутри, не является обычным вопросом нейробиологии, верно? Это очень эзотерический вопрос… Десятилетия работы были направлены на то, чтобы составить карту сложной проводки мозга, и мы думали, что вся деятельность, исходящая из мозга, управляется этой сложной проводкой», — говорит он. Джеймс Пэнг, научный сотрудник Университета Монаша. Институт мозга и психического здоровья Тернера.

В исследовании, опубликованном в природаПанг и его коллеги бросили вызов этому преобладающему пониманию, выявив тесную взаимосвязь между формой мозга и активностью функциональной МРТ (fMRI).

Исследователи изучали естественные резонансы, называемые собственными модами, которые возникают, когда разные части системы вибрируют с одинаковой частотой, например возбуждения, возникающие в мозге во время фМРТ-сканирования, вызванного задачей. Когда они применили математические модели из теории нейронного поля к более чем 10,000 XNUMX карт активности и данным фМРТ из Проект "Человек-Коннектом"Исследователи обнаружили, что корковая и подкорковая активность возникает в результате возбуждения собственных мод всего мозга с длинными пространственными волнами до 6 см и более. Этот результат контрастирует с ведущим убеждением, что активность мозга локализована.

«Мы долго думали, что определенные мысли или ощущения вызывают активность в определенных частях мозга, но это исследование показывает, что структурированные паттерны активности возбуждаются почти во всем мозге, точно так же, как музыкальная нота возникает из-за вибраций, происходящих в мозгу. на всю длину струны скрипки, а не только на отдельный сегмент», — говорит Панг в заявлении для прессы.

Панг и его коллеги также сравнили, как собственные геометрические моды, полученные из моделей формы мозга, ведут себя по сравнению с собственными модами коннектома, которые получены из моделей связности мозга. Они обнаружили, что собственные геометрические моды накладывают большие ограничения на мозговую активность, чем собственные моды коннектома, предполагая, что контуры и кривизна мозга сильно влияют на мозговую активность — возможно, даже в большей степени, чем сложная взаимосвязь между популяциями самих нейронов.

Проще говоря, результаты ученых бросают вызов нашим знаниям о том, как работает человеческий мозг.

«Мы не говорим, что связь в вашем мозгу не важна, — говорит Панг. «Мы говорим о том, что форма вашего мозга также имеет значительный вклад. Весьма вероятно, что оба мира имеют некоторую синергию… были десятилетия и десятилетия работы с обеих сторон исследований в мире теории нейронных полей и в мире связности, и, на мой взгляд, оба важны. Это исследование открывает так много возможностей — мы могли бы изучить, как геометрические собственные моды меняются в процессе развития нервной системы или, например, нарушаются клиническими расстройствами. Это довольно захватывающе».

Отметка времени:

Больше от Мир физики