Образът на мозъка помага да се очертае начинът, по който мислим

Човешкият мозък е изключително сложен орган с много тайни. За да се подобри разбирането за това как мозъкът прави и контролира мислите, изследователите са преобразували структурните мозъчни образни системи в „електрически схеми“ на връзките между мозъчните региони.

Трима изследователи от Калифорнийския университет в Санта Барбара, катедра по психологически и мозъчни науки (UCSB) - Майкъл Милър, Скот Графтън и Мат Сислак - използваха структурата на невронните мрежи, за да научат основните правила, които управляват кои части на мозъка са най-способни да упражнявайте когнитивен контрол върху мислите и действията.

Това проучване е първото, което предоставя механистично обяснение за това как фронталната кора упражнява контрол върху трилионите отделни неврони, които позволяват на хората да останат фокусирани върху една задача или да преминат към коренно различна.

Констатациите се появяват в списанието Nature Communications.

„Определени региони на мозъка ви са предразположени да контролират вашите мисли въз основа на това къде се намират във връзка с други региони“, каза Милър, професор по психология в UCSB и съавтор на статията.

„Регионите в„ покрайнините “могат да извършват много специфичен вид контрол. Те могат да преместят системата в далечни държави, като например да преминат от работа на вашата работа към игра с децата ви. "

Това ново изследване съчетава авангардна неврология с нововъзникващата област на мрежовата наука, която често се използва за изучаване на социални системи.

Прилагайки теория на контрола - област, традиционно използвана за изучаване на електрически и механични системи - изследователите показват, че пребиваването в мозъка е необходимо, за да може фронталната кора да контролира динамично посоката на мислите и целенасоченото поведение.

„Нуждаем се от основна теория за това как мозъкът се самоконтролира и за да стигнем до там, ние предлагаме да третираме мозъка като инженерна система“, каза старши автор Даниел Басет, асистент по иновации в Университета на Пенсилвания, Инженерно и приложно училище Наука.

„Когнитивният контрол много прилича на инженерния контрол: Вие моделирате динамиката на системата, като идентифицирате ключови точки; ако натисна тази част или издърпам този лост, мога да предложа как ще се отрази на други части на мрежата. "

Прилагайки уравнения на теорията на контрола към електрическите схеми, генерирани от сканиране на мозъка, изследователите показаха, че географските и функционални различия между регионите на мозъка са свързани.

Въпреки че анализът не може да каже дали местоположението на фронталната кора или нейната роля е еволюирала първо, той предполага, че част от способността на фронталната кора да контролира изпълнителната функция зависи от разстоянието му от други части на мозъчната мрежа.

„Това проучване предвещава нова вълна от мрежова наука, основана на строга теория на управлението“, каза съавторът Графтън, директор на Центъра за изображения на мозъка на UCSB.

„Когато се прилагат към най-съвременните данни за изображения на мозъка, ние започваме да виждаме някои от компромисите с дизайна, присъщи на архитектурата на мозъчните връзки.“

Регионите, които са най-взаимосвързани - и следователно по-вътрешни за мрежата - са много добри в преместването на мозъка в близките състояния - например от писане на имейл до някой до разговор с този човек по телефона.

„Какво е особено интересно, ако разгледаме къде се намират тези вътрешни възли, всички те са в региони в„ режим по подразбиране “, които са регионите, които са активни, когато си почивате“, каза Басет. „Това има смисъл, защото ако проектирате оптимална система, бихте искали да поставите нейната базова линия, където тя може да стигне до повечето места, на които трябва да отиде доста лесно.“

Според съавтора Cieslak, този тип цялостно разбиране на връзката между местоположенията на мозъчните региони и техните роли е необходим за приспособяване на по-добро лечение за хора, които са загубили изпълнителната функция поради заболяване или нараняване.

Cieslak вярва, че това фундаментално разбиране за това как мозъкът контролира своята дейност може да помогне за по-добри интервенции за медицински състояния, свързани с намален когнитивен контрол, като аутизъм, шизофрения или деменция.

Източник: Калифорнийски университет, Санта Барбара / EurekAlert