Что делает ваш мозг, когда вы ничего не делаете | Журнал Кванта

Всякий раз, когда вы активно выполняете задачу — например, поднимаете тяжести в тренажерном зале или сдаете сложный экзамен — части вашего мозга, необходимые для ее выполнения, становятся «активными», когда нейроны усиливают свою электрическую активность. Но активен ли ваш мозг, даже когда вы отдыхаете на диване?

Ответ, как обнаружили исследователи, — да. За последние два десятилетия они определили так называемую сеть режима по умолчанию — совокупность, казалось бы, несвязанных областей мозга, которые активируются, когда вы вообще мало что делаете. Его открытие позволило глубже понять, как мозг функционирует за пределами четко определенных задач, а также побудило к исследованию роли сетей мозга – а не только областей мозга – в управлении нашим внутренним опытом.

В конце 20-го века нейробиологи начали использовать новые методы для получения изображений мозга людей, выполняющих задачи на сканирующих машинах. Как и ожидалось, активность в определенных областях мозга увеличивалась во время выполнения задач — и, к удивлению исследователей, активность в других областях мозга одновременно снижалась. Нейробиологи были заинтригованы тем, что при выполнении самых разных задач одни и те же области мозга последовательно снижали свою активность.

Как будто эти области были активны, когда человек ничего не делал, а затем выключались, когда разуму приходилось концентрироваться на чем-то внешнем.

Исследователи назвали эти области «негативными задачами». Когда их впервые идентифицировали, Маркус Рэйхл, невролог из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, предположил, что эти области, не отвечающие за выполнение задач, играют важную роль в состоянии покоя мозга. «Это подняло вопрос: «Какова базовая активность мозга?» — вспоминает Рэйхл. В ходе эксперимента он просил людей в сканерах закрыть глаза и просто позволить своим мыслям блуждать, пока он измерял активность их мозга.

Он обнаружил, что во время отдыха, когда мы мысленно обращаемся внутрь себя, области, не отвечающие за выполнение задач, используют больше энергии, чем остальная часть мозга. В статье 2001 года он назвал эту деятельность «режим работы мозга по умолчанию». Два года спустя, после получения данных более высокого разрешения, команда из Медицинской школы Стэнфордского университета обнаружила, что эта деятельность, препятствующая выполнению задач, определяет когерентную сеть взаимодействующих областей мозга, которую они назвали сеть режима по умолчанию.

Открытие сети режима по умолчанию вызвало у нейробиологов любопытство по поводу того, что делает мозг в отсутствие задачи, ориентированной на внешний мир. Хотя некоторые исследователи считали, что основная функция сети — генерировать у нас опыт блуждания ума или мечтаний, существовало множество других предположений. Возможно, он контролировал потоки сознания или активировал воспоминания о прошлом опыте. А дисфункция сети режима по умолчанию рассматривалась как потенциальная особенность почти каждого психиатрического и неврологического расстройства, включая депрессию, шизофрению и болезнь Альцгеймера.

С тех пор шквал исследований режима по умолчанию усложнил это первоначальное понимание. «Было очень интересно увидеть типы различных задач и парадигм, которые задействовали сеть режима по умолчанию за последние 20 лет», — сказал Люсина Уддин, нейробиолог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Режим по умолчанию был одной из первых мозговых сетей, описанных наукой. Он состоит из нескольких областей мозга, в том числе нескольких в передней части мозга, таких как дорсальная и вентральная медиальная префронтальная кора, и других, разбросанных по всему органу, таких как задняя поясная кора, предклинье и угловая извилина. Эти регионы связаны с памятью, воспроизведением опыта, прогнозированием, обдумыванием действий, вознаграждением/наказанием и интеграцией информации. (Цветное выделение на следующем рисунке указывает на некоторые внешние области мозга, которые становятся более активными, когда задействуется сеть по умолчанию.)

С момента его открытия нейробиологи определили несколько дополнительных отдельных сетей, каждая из которых активирует, казалось бы, разные области мозга. Эти активированные области не действуют независимо, а скорее синхронизируются друг с другом. «Вы не можете думать о симфоническом оркестре только как о скрипках или гобоях», — сказал Райхл. Точно так же в мозговой сети отдельные части взаимодействуют, вызывая эффекты, которые они могут произвести только вместе.

Согласно исследованиям, эффекты сети режима по умолчанию включают блуждание ума, вспоминание прошлого опыта, размышления о психическом состоянии других, видение будущего и обработку речи. Хотя это может показаться набором несвязанных друг с другом аспектов познания, Винод Менон, директор Стэнфордской лаборатории когнитивных и системных нейронаук, недавно предположил, что все эти функции могут быть полезны в построение внутреннего повествования. По его мнению, сеть режима по умолчанию помогает вам подумать о том, кем вы являетесь по отношению к другим, вспомнить свой прошлый опыт, а затем объединить все это в связное повествование о себе.

Режим по умолчанию явно замышляет что-то сложное; он участвует во многих различных процессах, которые невозможно точно описать. «Глупо думать, что мы когда-нибудь будем говорить: «Эта одна область мозга или одна мозговая сеть делает одно дело», — сказал Уддин. «Я не думаю, что это так работает».

Уддин начала исследовать сеть режима по умолчанию, потому что ее интересовало самораспознавание, и многие задачи самораспознавания, такие как идентификация собственного лица или голоса, по-видимому, были связаны с сетью. В последние годы она переключила свое внимание на взаимодействие между сетями мозга. По словам Уддина, точно так же, как разные области мозга взаимодействуют друг с другом, образуя сети, разные сети взаимодействуют друг с другом значимым образом. «Сетевые взаимодействия в некотором смысле более информативны для изучения, чем просто сеть изолированно, потому что они работают вместе, а затем распадаются, а затем со временем меняют то, что они делают».

Ее особенно интересует, как сеть в режиме по умолчанию взаимодействует с сеть значимости, который, по-видимому, помогает нам определить наиболее релевантную информацию в любой момент времени. Ее работа предполагает, что сеть значимости определяет, когда на что-то важно обратить внимание, а затем действует как выключатель сети в режиме по умолчанию.

Исследователи также изучают, могут ли расстройства психического здоровья, такие как депрессия, быть связаны с проблемами сети в режиме по умолчанию. До сих пор результаты были неубедительными. Например, у людей с депрессией некоторые исследователи обнаружили, что сетевые узлы чрезмерно связаны, в то время как другие обнаружили обратное — узлы не могут соединяться. И в некоторых исследованиях сама сеть в режиме по умолчанию не является аномальной, но ее взаимодействие с другими сетями является аномальным. Эти данные могут показаться несовместимыми, но они согласуются с недавними данными о том, что депрессия, возможно, является совокупность различных расстройств которые имеют схожие симптомы.

Тем временем Менон разработал то, что он называет теория тройных сетей. В нем утверждается, что аномальные взаимодействия между сетью режима по умолчанию, сетью значимости и третьей сетью, называемой лобно-теменной сетью, могут способствовать расстройствам психического здоровья, включая шизофрению, депрессию, тревогу, деменцию и аутизм. Обычно активность сети режима по умолчанию снижается, когда кто-то обращает внимание на внешний стимул, тогда как активность в двух других сетях возрастает. Менон подозревает, что это притяжение между сетями может не работать одинаково у людей с психическими расстройствами или нарушениями развития.

Дина Барч, изучающий нейробиологию психических заболеваний в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, заинтригован теорией тройной сети. По ее словам, изучение того, как по-разному организованы сети у людей с психическими расстройствами, может помочь исследователям найти основные механизмы и разработать методы лечения. Однако она не считает, что одни только сетевые взаимодействия могут полностью объяснить психические заболевания. «Я думаю, что понимание различий в возможностях подключения является отправной точкой», — сказал Барч. «Это не конечная точка».

Текущее понимание сети режима по умолчанию также, конечно, не является ее конечной точкой. С момента своего открытия нейробиологи начали думать не только об ответственности отдельных областей мозга, но и о последствиях взаимодействия между сетями мозга. И это побудило многих людей ценить внутреннюю деятельность ума: даже когда мы мечтаем или отдыхаем, наш мозг усердно работает, чтобы это произошло.