Що робить ваш мозок, коли ви нічого не робите | Журнал Quanta

Кожного разу, коли ви активно виконуєте завдання — скажімо, піднімаєте тяжкості в тренажерному залі або складаєте іспит — частини вашого мозку, необхідні для його виконання, стають «активними», коли нейрони активізують свою електричну активність. Але чи активний ваш мозок, навіть коли ви сидите на дивані?

Відповідь, як виявили дослідники, - так. Протягом останніх двох десятиліть вони визначили так звану мережу режиму за замовчуванням, сукупність, здавалося б, не пов’язаних між собою ділянок мозку, які активуються, коли ви зовсім не робите багато. Його відкриття запропонувало зрозуміти, як мозок функціонує поза чітко визначеними завданнями, а також спонукало до дослідження ролі мозкових мереж — а не лише областей мозку — в управлінні нашим внутрішнім досвідом.

Наприкінці 20 століття нейробіологи почали використовувати нові методи для отримання зображень мозку людей під час виконання завдань у скануючих машинах. Як і очікувалося, активність у певних областях мозку зросла під час виконання завдань — і, на подив дослідників, активність в інших областях мозку одночасно знизилася. Нейробологи були заінтриговані тим, що під час виконання різноманітних завдань одні й ті самі ділянки мозку постійно знижували свою активність.

Схоже, що ці зони були активними, коли людина нічого не робила, а потім вимкнулися, коли розум мав зосередитися на чомусь зовнішньому.

Дослідники назвали ці області «негативними». Коли їх вперше ідентифікували, Маркус Райкл, невролог з Медичної школи Вашингтонського університету в Сент-Луїсі, припустив, що ці негативні зони відіграють важливу роль у відпочиваючому розумі. «Це підняло питання: «Що таке вихідна мозкова активність?», — згадує Рейкл. Під час експерименту він попросив людей у ​​сканерах заплющити очі й просто дозволити своєму розуму блукати, поки він вимірював активність їхнього мозку.

Він виявив, що під час відпочинку, коли ми повертаємося подумки всередину, зони, що не відповідають завданням, споживають більше енергії, ніж інша частина мозку. У статті 2001 року він назвав цю діяльність «стандартний режим роботи мозку.” Два роки потому, після створення даних з вищою роздільною здатністю, команда з Медичної школи Стенфордського університету виявила, що ця негативна діяльність визначає узгоджену мережу взаємодіючих областей мозку, яку вони назвали режим мережі за замовчуванням.

Відкриття мережі режиму за замовчуванням викликало цікавість серед нейробіологів щодо того, що робить мозок за відсутності завдання, орієнтованого назовні. Хоча деякі дослідники вважали, що головною функцією мережі є створення нашого досвіду блукань розуму чи мрій, було багато інших припущень. Можливо, він керував потоками свідомості або активував спогади про минулий досвід. І дисфункція в мережі режиму за замовчуванням була висунута як потенційна ознака майже кожного психіатричного та неврологічного розладу, включаючи депресію, шизофренію та хворобу Альцгеймера.

Відтоді шквал досліджень режиму за замовчуванням ускладнив це початкове розуміння. «Було дуже цікаво спостерігати за типами різних завдань і парадигм, які задіяли мережу в режимі за замовчуванням за останні 20 років», — сказав Люсіна Уддін, нейробіолог з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі.

Режим за замовчуванням був однією з перших мозкових мереж, охарактеризованих наукою. Він складається з кількох ділянок головного мозку, включаючи кілька в передній частині мозку, як-от дорсальна та вентральна медіальна префронтальна кора, а також інші, розкидані по всьому органу, як-от задня кора поясної частини головного мозку, прекунеус і кутова звивина. Ці регіони пов’язані з пам’яттю, відтворенням досвіду, передбаченням, розглядом дій, винагородою/покаранням та інтеграцією інформації. (Кольорове виділення на наступному малюнку вказує на деякі зовнішні області мозку, які стають активнішими, коли мережа за замовчуванням залучається.)

З моменту його відкриття нейробіологи визначили декілька додаткових окремих мереж, кожна з яких активує, здавалося б, різні ділянки мозку. Ці активовані зони не діють незалежно, а радше гармонізують одна з одною. «Ви не можете думати про симфонічний оркестр просто як про скрипки чи гобої», — сказав Рейкл. Так само в мережі мозку окремі частини взаємодіють, щоб досягти ефектів, які вони можуть створити лише разом.

Згідно з дослідженнями, ефекти мережі режиму за замовчуванням включають блукання розуму, згадування минулого досвіду, роздуми про психічний стан інших, уявлення про майбутнє та обробку мови. Хоча це може здатися мішком непов’язаних аспектів пізнання, Вінод Менон, директор Стенфордської когнітивної та системної нейронаукової лабораторії, нещодавно висунув теорію, що всі ці функції можуть бути корисними для побудова внутрішнього наративу. На його думку, мережа в режимі за замовчуванням допомагає вам думати про те, ким ви є по відношенню до інших, згадувати свій минулий досвід, а потім обернути все це в послідовний саморозповідь.

Режим за замовчуванням явно передбачає щось складне; він бере участь у багатьох різних процесах, які неможливо чітко описати. «Безглуздо думати, що ми коли-небудь будемо думати: «Ця одна область мозку або одна мережа мозку робить одну справу», — сказав Уддін. «Я не думаю, що це так працює».

Уддін почала досліджувати мережу режиму за замовчуванням, оскільки її цікавило саморозпізнавання, і багато завдань саморозпізнавання, наприклад ідентифікація власного обличчя чи голосу, виявилися пов’язаними з мережею. В останні роки вона переключила свою увагу на взаємодію між мережами мозку. Так само, як різні області мозку взаємодіють одна з одною, утворюючи мережі, різні мережі взаємодіють одна з одною значущими способами, сказав Уддін. «Мережеву взаємодію в певному сенсі є більш наочним для вивчення, ніж просто мережу в ізоляції, тому що вони дійсно працюють разом, а потім розходяться і з часом змінюють те, що вони роблять».

Її особливо цікавить, як мережа в режимі за замовчуванням взаємодіє з мережа помітності, який, здається, допомагає нам визначити найбільш релевантну частину інформації в будь-який момент часу. Її робота показує, що мережа Salience виявляє, коли щось важливо звернути увагу, а потім діє як вимикач для мережі в режимі за замовчуванням.

Дослідники також перевіряли, чи можуть розлади психічного здоров’я, такі як депресія, бути пов’язані з проблемами мережі в режимі за замовчуванням. Поки що висновки були непереконливими. Наприклад, у людей з депресією деякі дослідники виявили, що вузли мережі надмірно пов’язані, тоді як інші виявили навпаки — що вузли не можуть з’єднатися. І в деяких дослідженнях мережа в режимі за замовчуванням сама по собі не є аномальною, але її взаємодія з іншими мережами є ненормальною. Ці висновки можуть здатися несумісними, але вони узгоджуються з нещодавніми висновками про те, що депресія може бути кластер різних розладів які проявляються схожими симптомами.

Тим часом Менон розробив те, що він називає теорія потрійної мережі. Вважається, що ненормальна взаємодія між мережею режиму за замовчуванням, мережею помітності та третьою, яка називається лобно-тім’яною мережею, може сприяти розладам психічного здоров’я, включаючи шизофренію, депресію, тривогу, деменцію та аутизм. Як правило, активність мережі режиму за замовчуванням зменшується, коли хтось звертає увагу на зовнішній стимул, тоді як активність у двох інших мережах збільшується. Менон підозрює, що ці переміщення між мережами можуть не працювати однаково у людей з психічними розладами чи розладами розвитку.

Діана Барч, який вивчає нейробіологію психічних захворювань у Вашингтонському університеті в Сент-Луїсі, заінтригований теорією потрійної мережі. Дослідження того, як мережі по-різному підключені до людей із розладами психічного здоров’я, може допомогти дослідникам знайти механізми, що лежать в основі, і розробити лікування, сказала вона. Однак вона не вважає, що одна лише мережева взаємодія може повністю пояснити психічні захворювання. «Я думаю, що розуміння відмінностей у з’єднанні є відправною точкою», — сказав Барч. «Це не кінцева точка».

Поточне розуміння мережі в режимі за замовчуванням, звичайно, також не є її кінцевою точкою. З моменту свого відкриття це підштовхнуло нейробіологів думати не тільки про відповідальність окремих областей мозку, але і про наслідки взаємодії між мережами мозку. І це спонукало багатьох людей цінувати зосереджену на собі діяльність розуму — навіть коли ми мріємо чи відпочиваємо, наш мозок наполегливо працює, щоб це сталося.