Изучая мгновенные колебания сигналов функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) в коре головного мозга человека, исследователи из Сиднейского и Фуданьского университетов обнаружили спиральные волны, распространяющиеся через внешний слой нейронной ткани. Они считают, что эти «мозговые спирали» помогают организовать мозговую деятельность и когнитивную обработку. Их открытие может помочь в разработке машин, непосредственно вдохновленных человеческим мозгом.
Кора головного мозга является самым внешним слоем мозга и крупнейшим местом интеграции нейронов в центральной нервной системе (она содержит от 14 до 16 миллиардов нейронов). Он играет ключевую роль во многих сложных когнитивных функциях, таких как внимание, восприятие, сознание, мышление, память, язык и сознание. Обнаруженные исследователями сигналы мозга распределяются по всей коре и повсеместны как в состоянии покоя, так и во время когнитивных задач.
Большинство исследований в области неврологии сосредоточено на связях и взаимодействиях между нейронами, чтобы понять, как работает мозг. Но все больше и больше исследователей изучают более широкие процессы мозга в попытке разгадать тайны. «Крупномасштабная деятельность человеческого мозга демонстрирует богатые и сложные паттерны, но пространственно-временная динамика этих паттернов и их функциональная роль в познании остаются неясными», — объясняют исследователи в журнале .
"Мосты" для более быстрой обработки информации
Изучая функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) мозга около 100 молодых людей, команда впервые обнаружила эти странные церебральные спирали, распространяющиеся по коре головного мозга. Они присутствовали в мозгу всех участников исследования.
Их точная функция еще предстоит выяснить, но эти сигналы, по-видимому, играют роль в организации активности мозга и когнитивных процессов. «Свойства этих мозговых спиралей, такие как направление и место их вращения, имеют отношение к выполнению задач и могут использоваться для классификации различных когнитивных задач», — отмечают исследователи в своей работе.
Они отметили, что спирали мозга вращаются вокруг центральных точек, которые они назвали «центрами фазовой сингулярности», а сами центры распространяются по всей коре, создавая богатую пространственно-временную динамику. Они отмечают, что спирали могут перемещаться в коре головного мозга на расстояние до десяти сантиметров.
Обратите внимание: Японские ученые осваивают технологии создания детей из клеток кожи.
Команда также сообщает, что спиральное распределение в левом и правом полушариях демонстрирует определенную степень симметрии; они заметили, что скопления спиралей с противоположными направлениями вращения располагаются, как правило, в одних и тех же функциональных зонах двух полушарий.
Оказалось, что спирали часто появляются на границах, разделяющих различные функциональные сети мозга. Такое расположение предполагает, что они могут действовать как «коммуникационные мосты», эффективно связывая активность мозга с различными областями или сетями нейронов в мозге посредством их вращательного движения. Некоторые из наблюдаемых спиралей были достаточно большими, чтобы охватывать несколько сетей.
«Сложные взаимодействия между несколькими сосуществующими спиралями могут позволить нейронным вычислениям выполняться распределенным и параллельным образом, что приводит к удивительной вычислительной эффективности», — объясняет Пулин Гонг, доцент Школы физики факультета естественных наук Сиднейского университета и соавтор. -автор исследования.
К лучшему пониманию мозга и его патологий
Исследователи обнаружили, что эти взаимодействующие мозговые цепи обеспечивают гибкость для перенастройки активности мозга во время выполнения различных задач, связанных с обработкой естественного языка и рабочей памятью. Когда участников исследования просили выполнить определенные задачи (например, ответить на математический вопрос или прослушать историю), спирали меняли направление с часовой стрелки на против часовой стрелки в разных областях мозга. Это говорит о том, что они координируют деятельность мозга, изменяя направление вращения. Их распределение также зависит от задачи.
Поскольку расположение и направление вращения спиралей мозга зависят от задачи, эти признаки можно использовать для надежной классификации различных стадий когнитивной обработки.
«Наше исследование показывает, что лучшее понимание того, как спирали связаны с когнитивной обработкой, может значительно улучшить наше понимание динамики и функций мозга», — говорит профессор Гонг. Лучшее понимание основных функций мозга может также помочь нам лучше понять последствия некоторых заболеваний, таких как слабоумие или церебральный паралич, которые непосредственно влияют на кору головного мозга.
Но это не все! Команда считает, что их открытие может привести к разработке сложных компьютеров, напрямую вдохновленных сложной работой человеческого мозга. Исследователи надеются, что их исследование побудит других нейробиологов изучать явления в мозге в более широком масштабе, чтобы лучше понять, как он работает.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.