Ученые узнали, от чего зависит ум
Человеческий мозг постоянно обрабатывает информацию, поступающую с разной скоростью: от мгновенных реакций на внезапные изменения в окружающей среде до более медленных и осмысленных процессов, таких как понимание контекста или значения.
В медицинском комплексе Ратгерского университета изучили, как мозг интегрирует быстрые и медленные сигналы через сложную сеть проводящих путей белого вещества, чтобы поддерживать когнитивные процессы и поведение. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Как мозг интегрирует информацию
Различные области мозга приспособлены к обработке информации с определенной скоростью — такую специализацию ученые называют внутренним нейронным временны́м масштабом (intrinsic neural timescales — INT).
«Чтобы влиять на окружающую среду через действие, наш мозг должен объединять информацию, обрабатываемую в разных временных масштабах. Мозг достигает этого, используя связи белого вещества для обмена информацией между регионами, и эта интеграция критически важна для человеческого поведения», — объясняет Линден Паркес с кафедры психиатрии Медицинской школы Роберта Вуда Джонсона в Ратгерсе, старший автор исследования.
Чтобы изучить механизмы такой интеграции, Паркес и его команда проанализировали мультимодальные данные нейровизуализации 960 человек. Они построили детальные карты индивидуальной мозговой связности (коннектомы) и применили математические модели, описывающие динамику сложных систем, чтобы понять, как информация распространяется по этим сетям.
«Наша работа исследует механизмы этого процесса у людей, напрямую моделируя INT регионов на основе их связности. Это устанавливает прямую связь между тем, как регионы мозга обрабатывают информацию локально, и тем, как эта обработка распределяется по всему мозгу для формирования поведения», — продолжает исследователь.
Ключевые выводы и перспективы
Оказалось, распределение нейронных временных шкал по коре играет решающую роль в том, насколько эффективно мозг переключается между крупномасштабными паттернами активности, связанными с поведением. Причем эта организация у разных людей отличается.
«Мы выяснили, что отличия в том, как мозг обрабатывает информацию с разной скоростью, помогают объяснить, почему люди настолько разные по своим когнитивным способностям», — говорит Паркес.
Ученые также установили, что эти паттерны связаны с генетическими, молекулярными и клеточными особенностями регионов мозга, что укрепляет выводы в фундаментальной нейробиологии. Схожие закономерности наблюдались и в мозге мыши, что указывает на эволюционную сохранность механизмов.
«Наша работа подчеркивает фундаментальную связь между проводящими путями белого вещества мозга и локальными вычислительными свойствами регионов. Люди, чья нейронная проводка лучше соответствует тому, как разные регионы обрабатывают быструю и медленную информацию, как правило, демонстрируют более высокие когнитивные способности», — резюмирует нейробиолог.
Опираясь на эти результаты, команда сейчас расширяет исследование, изучая нейропсихиатрические расстройства — включая шизофрению, биполярное расстройство и депрессию, — чтобы выяснить, как нарушения мозговой связности могут изменять обработку информации.
