Pri ovplyvňovaní našich myšlienok, emócií a činov zohráva kľúčovú úlohu skôr tvar nášho mozgu než interakcie medzi rôznymi oblasťami.

Už viac ako sto rokov vedci verili, že naše myšlienky, pocity a sny sú formované spôsobom, akým rôzne oblasti mozgu interagujú v obrovskej sieti biliónov bunkových spojení.

Nedávna štúdia vedená tímom Turnerovho inštitútu mozgu a duševného zdravia na Monash University však skúmala viac ako 10 000 rôznych máp ľudskej mozgovej aktivity a zistila, že všeobecný tvar mozgu jednotlivca má väčší vplyv na kognitívne procesy, emócie a správanie ako komplexná nervová konektivita.

Štúdia, ktorá bola nedávno publikovaná v prestížnom časopise, prírody Spája prístupy z fyziky, neurovedy a psychológie, aby prevrátil storočnú paradigmu, ktorá zdôrazňuje dôležitosť komplexnej mozgovej konektivity, a namiesto toho identifikuje predtým podceňovaný vzťah medzi tvarom mozgu a aktivitou.

Vedúci autor a vedecký pracovník Dr James Bang z Turnerovho inštitútu a Školy psychologických vied Monash University povedal, že zistenia sú dôležité, pretože značne zjednodušili spôsob, akým môžeme študovať, ako mozog funguje, ako sa vyvíja a starne.

Alex Fornetto (vľavo) a James Pang študovali viac ako 10 000 snímok MRI, aby určili dôležitý tvar mozgu. Kredit: Monash University

„Táto práca otvára príležitosti na pochopenie účinkov chorôb, ako je demencia a mŕtvica, pohľadom na modely tvaru mozgu, s ktorými sa pracuje oveľa jednoduchšie ako s modelmi celého súboru spojení v mozgu,“ povedal Dr. Pang.

„Dlho sme si mysleli, že určité myšlienky alebo vnemy spúšťajú aktivitu v špecifických častiach mozgu, ale táto štúdia odhaľuje, že organizované vzorce aktivity sú stimulované takmer v celom mozgu, podobne ako hudobná nota vzniká z vibrácií, ktoré sa vyskytujú po celej dĺžke husľovej struny, a nie len izolovanej časti,“ povedal.

Výskumný tím použil zobrazovanie pomocou magnetickej rezonancie (MRI) na štúdium vlastných módov, čo sú prirodzené vzorce vibrácií alebo excitácie v systéme, v ktorom sú rôzne časti systému excitované na rovnakej frekvencii. Automoduly sa zvyčajne používajú na štúdium fyzikálnych systémov v oblastiach, ako je fyzika a inžinierstvo, a len nedávno boli prispôsobené na štúdium mozgu.

Táto práca sa zamerala na vývoj najlepšieho spôsobu, ako efektívne skonštruovať vlastné módy pre mozog.

Spoluautor štúdie Dr Kevin Aquino z BrainKey a University of Sydney povedal: „Tak ako rezonančné frekvencie husľových strún sú určené ich dĺžkou, hustotou a napätím, aj vlastné módy mozgu sú určené ich štrukturálnymi vlastnosťami – fyzikálnymi, geometrickými a anatomickými – ale najdôležitejšie špecifické vlastnosti zostali záhadou.“

Tím vedený Turnerovým inštitútom a profesorom Alexom Fornettom z ARC School of Psychological Science porovnal, ako môžu subjektívne profily získané z modelov tvaru mozgu vysvetliť rôzne vzorce aktivity v porovnaní so subjektívnymi profilmi získanými z modelov mozgovej konektivity.

„Zistili sme, že vlastné módy definované geometriou mozgu – ich obrysy a zakrivenie – predstavujú najsilnejšie anatomické obmedzenie funkcie mozgu, rovnako ako tvar valca ovplyvňuje zvuky, ktoré môže vydávať,“ povedal profesor Fornetto.

„Pomocou matematických modelov sme potvrdili teoretické predpovede, že úzka súvislosť medzi geometriou a funkciou je poháňaná vlnovou aktivitou šíriacou sa mozgom, rovnako ako tvar jazierka ovplyvňuje vlnenie vĺn vytvorených padajúcim kamienkom,“ povedal.

„Tieto zistenia zvyšujú možnosť predpovedať funkciu mozgu priamo z jeho tvaru a otvárajú nové cesty na skúmanie toho, ako mozog prispieva k individuálnym rozdielom v správaní a riziku psychiatrických a neurologických ochorení.“

Výskumný tím zistil, že na viac ako 10 000 mapách aktivity MRI získaných, keď subjekty vykonávali rôzne úlohy vyvinuté neurovedcami na skúmanie ľudského mozgu, v aktivite dominovali subjektívne vzory s priestorovými vzormi, ktoré mali veľmi dlhé vlnové dĺžky, siahajúce na vzdialenosti väčšie ako 40 milimetrov.

„Toto zistenie je v rozpore s konvenčnou múdrosťou, v ktorej sa často predpokladá, že aktivita počas rôznych úloh sa vyskytuje v ohniskových a izolovaných oblastiach zvýšenej aktivity, a hovorí nám, že tradičné metódy mapovania mozgu môžu ukázať iba špičku ľadovca, pokiaľ ide o pochopenie toho, ako mozog funguje,“ povedal doktor Pang.

Odkaz: „Inžinierske obmedzenia funkcií ľudského mozgu“ od Jamesa C. Panga, Kevina M. Aquina, Mariana Oldenkela, Petra A. Robinsona, Bena de Fulchera, Michaela Breakspearea, Alexa Fornetta, 31. mája 2023, dostupné tu. prírody.
DOI: 10.1038/s41586-023-06098-1