Imaginea cerebrală ajută la cartografierea modului în care gândim

Creierul uman este un organ extrem de complicat, cu multe secrete. Pentru a îmbunătăți înțelegerea modului în care creierul creează și controlează gândurile, cercetătorii au transformat sistemele structurale de imagistică a creierului în „diagrame de cablare” ale conexiunilor dintre regiunile creierului.

Trei cercetători de la Universitatea din California, Santa Barbara, Departamentul de Științe Psihologice și ale Creierului (UCSB) - Michael Miller, Scott Grafton și Matt Cieslak - au folosit structura rețelelor neuronale pentru a afla regulile de bază care guvernează ce părți ale creierului sunt cele mai capabile să exercită un control cognitiv asupra gândurilor și acțiunilor.

Acest studiu este primul care oferă o explicație mecanicistă a modului în care cortexul frontal exercită controlul asupra trilioanelor de neuroni individuali, care permit oamenilor să rămână concentrați asupra unei sarcini sau să treacă la una radical diferită.

Descoperirile apar în jurnal Comunicări despre natură.

„Regiunile particulare ale creierului dvs. sunt predispuse să vă controleze gândurile în funcție de locul în care se află în raport cu alte regiuni”, a spus Miller, profesor de psihologie UCSB și co-autor al lucrării.

„Regiunile de la„ periferie ”pot efectua un control foarte specific. Pot muta sistemul în stări îndepărtate, cum ar fi trecerea de la lucrul la locul de muncă la jocul cu copiii tăi.

Această nouă cercetare îmbină neuroștiințele de ultimă oră cu domeniul emergent al științei rețelei, care este adesea folosit pentru a studia sistemele sociale.

Prin aplicarea teoriei controlului - un domeniu utilizat în mod tradițional pentru studierea sistemelor electrice și mecanice - anchetatorii arată că a fi la marginea creierului este necesar ca cortexul frontal să controleze dinamic direcția gândurilor și comportamentul orientat spre scopuri.

„Avem nevoie de o teorie de bază a modului în care creierul se controlează pe sine și, pentru a ajunge acolo, sugerăm să tratăm creierul ca pe un sistem de inginerie”, a spus autorul principal Danielle Bassett, profesor asistent de inovație la Universitatea din Pennsylvania Școala de Inginerie și Aplicare Ştiinţă.

„Controlul cognitiv seamănă mult cu controlul ingineresc: modelați dinamica sistemului identificând puncte cheie; dacă apăs pe acea piesă sau trag această manetă, pot oferi o previziune a modului în care va afecta alte părți ale rețelei. "

Prin aplicarea ecuațiilor teoriei de control diagramelor de cablare generate de scanările cerebrale, cercetătorii au arătat că diferențele geografice și funcționale dintre regiunile creierului sunt legate.

În timp ce analiza nu poate spune dacă localizarea cortexului frontal sau rolul său au evoluat mai întâi, sugerează că o parte din capacitatea cortexului frontal de a controla funcția executivă depinde de distanța sa față de alte părți ale rețelei cerebrale.

„Acest studiu anunță un nou val de știință a rețelei, bazat pe teoria riguroasă a controlului”, a spus co-autorul Grafton, directorul Centrului de imagistică cerebrală al UCSB.

„Atunci când sunt aplicate la date de ultimă generație cu imagini cerebrale, începem să vedem unele dintre compromisurile de proiectare inerente arhitecturii conexiunilor creierului.”

Regiunile care sunt cele mai interconectate - și, prin urmare, mai interne la rețea - sunt foarte bune la mutarea creierului în stările din apropiere - de exemplu, de la scrierea unui e-mail cuiva până la vorbirea cu persoana respectivă la telefon.

„Ceea ce este deosebit de interesant dacă ne uităm la locul în care se află aceste noduri interioare, toate sunt în regiunile„ mod implicit ”, care sunt regiunile active atunci când vă odihniți”, a spus Bassett. „Acest lucru are sens, pentru că, dacă ar fi proiectat un sistem optim, ați dori să puneți linia de bază unde poate ajunge în majoritatea locurilor în care trebuie să meargă destul de ușor.”

Potrivit co-autorului Cieslak, acest tip de înțelegere holistică a relației dintre locațiile regiunilor cerebrale și rolurile acestora este necesar pentru adaptarea unor tratamente mai bune pentru persoanele care și-au pierdut funcția executivă din cauza bolilor sau a leziunilor.

Cieslak consideră că această înțelegere fundamentală a modului în care creierul își controlează activitatea ar putea duce la intervenții mai bune pentru afecțiunile medicale asociate cu controlul cognitiv redus, cum ar fi autismul, schizofrenia sau demența.

Sursa: Universitatea din California, Santa Barbara / EurekAlert