Zaburzenia w sieci mózgowej mogą uczynić nas lepszymi myślicielami
Przez ostatnie 100 lat, naukowcy zrozumieli, że różne obszary mózgu posiadają unikalne funkcje. Dopiero niedawno zdali sobie sprawę, że nie są one zorganizowane w stały sposób. Zamiast ściśle określonych tras komunikacji pomiędzy różnymi obszarami, sposób koordynacji między nimi przypomina raczej nieregularne prądy morskie.
Analizując mózgi dużej grupy osób w stanie spoczynku lub wykonując złożone zadania, naukowcy z Uniwersytetu Stanford zauważyli, że integracja między tymi obszarami mózgu również się zmienia. Kiedy mózg jest bardziej zintegrowany ludzie lepiej radzą sobie ze złożonymi zadaniami. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Neuron”.
"Mózg jest wspaniały w swej złożoności i czuję, że w pewnym sensie, byliśmy częściowo w stanie opisać jego piękno w tej historii" - powiedział główny autor badania Mac Shine, pracownik naukowy, doktor habilitowany w laboratorium Russell'a Poldrack'a, profesora psychologii.
"Byliśmy w stanie stwierdzić, gdzie znajduje się ta podstawowa struktura, której istnienia nigdy tam nie podejrzewaliśmy, która może nam pomóc wyjaśnić tajemnicę, dlaczego mózg jest zorganizowany w taki właśnie sposób."
W tym trzyczęściowym projekcie, naukowcy wykorzystali dane z the Human Connectome Project (projektu zajmującego się badaniem połączeń funkcjonalnych w mózgu) w celu zbadania, jak oddzielne obszary mózgu koordynują swoją działalność w miarę upływu czasu, zarówno gdy ludzie są w spoczynku, jak i podczas gdy zmagają się z trudnym zadaniem umysłowym. Następnie badano potencjalne neurobiologiczne mechanizmy, aby wyjaśnić te odkrycia.
Naukowcy odkryli, że mózgi uczestników były bardziej zintegrowane podczas pracy nad skomplikowanym zadaniem, niż miało to miejsce podczas spokojnego odpoczynku. Naukowcy wykazali wcześniej, że mózg jest z natury dynamiczny, ale dalsza analiza statystyczna w tym badaniu wykazała, że mózg był najbardziej ze sobą połączony u ludzi, którzy wykonali test najszybciej i z największą dokładnością.
"Moja przeszłość związana jest z psychologią poznawczą i poznawczą nauką o mózgu, a historie o tym, jak działa mózg, które nie są związane z zachowaniem, nie mają dla mnie znaczenia" - powiedział współautor, prof. Poldrack.
"Ale to badanie pokazuje bardzo jasno relacje między tym, jak funkcjonują połączenia w mózgu i jak dana osoba rzeczywiście wykonywała te zadania psychologiczne."
W końcowym etapie swoich badań naukowcy zmierzyli wielkość źrenicy, aby spróbować wyciągnąć informację jak mózg koordynuje te zmiany w łączności. Rozmiar źrenicy jest pośrednią miarą aktywności małego regionu w pniu mózgu o nazwie miejsce sinawe, które ma wzmacniać lub wyciszać sygnały w całym mózgu.
Do pewnego momentu, wzrost wielkości źrenicy częściej wskazuje na wzmocnienie silnych sygnałów i większe wyciszenie słabych sygnałów w całym mózgu.
Naukowcy odkryli, że rozmiar źrenicy z grubsza podąża za zmianami w łączności mózgu podczas odpoczynku, przy czym większe źrenice były związane z większą spójnością. To sugeruje, że noradrenalina pochodząca z miejsca sinawego może być tym, co napędza mózg, by stać się bardziej zintegrowanym w trakcie bardzo skomplikowanych zadań poznawczych, dzięki czemu osoba dobrze wykonuje te zadania.
Naukowcy planują dalsze badania nad związkiem między szybkością sygnałów nerwowych a integracją mózgową. Chcą również się dowiedzieć, czy te odkrycia są odnoszą się także do innych aspektów, takich jak uwaga i pamięć.
Badania te mogą również ostatecznie pomóc nam lepiej zrozumieć zaburzenia poznawcze, takie jak choroba Alzheimera czy choroby Parkinsona, ale Shine podkreśla, że była to analiza oparta na ciekawości, napędzana pasją, by po prostu wiedzieć więcej o mózgu.
"Myślę, że mieliśmy naprawdę dużo szczęścia, że mieliśmy takie pytanie badawcze, które dało wspaniałe owoce" - powiedział Shine. "Teraz jesteśmy w sytuacji, w której możemy zadać nowe pytania, które miejmy nadzieję pomogą nam dokonać postępu w zrozumieniu mózgu."
