Открити са мистериозни „спираловидни“ мозъчни сигнали, които може да са ключът към нашето познание
При проучване на моментните съмнения на сигналите от функционалния магнитен резонанс (фМРТ) на мозъчната кора на индивида учени от Университета в Сидни и Университета Фудан откриха спираловидни талази, разпространяващи се във външния пласт на нервната тъкан. Те смятат, че тези „ мозъчни спирали “ оказват помощ за организирането на мозъчната активност и за обработката на когнитивната информация. Откритието им може да помогне за проектирането на машини, непосредствено въодушевени от човешкия мозък.
Кората на основния мозък е най-външният пласт на мозъка и най-голямото място на невронна интеграция в централната нервна система (съдържа 14-16 милиарда неврона). Тя играе основна роля в голям брой комплицирани когнитивни функционалности, като внимание, усещане, осъзнаване, мислене, памет, език и схващане. Мозъчните сигнали, открити от откривателите, са разпределени в цялата кора и са навсякъде публикувани както неподвижен, по този начин и по време на когнитивни задания.
Повечето проучвания в региона на невронауките се концентрират върху връзките и взаимоотношенията сред невроните, с цел да се разбере по какъв начин работи мозъкът. Но от ден на ден учени учат по-общите процеси в мозъка в опит да разгадаят неговите секрети.
„ Широкомащабната човешка мозъчна активност демонстрира богати и комплицирани модели, само че пространствено-времевата динамичност на тези модели и тяхната функционална роля в познанието остават неразбираеми “, изясняват откривателите в Nature Human Behaviour.
„ Мостове “ за по-бързата обработка на информацията
При проучване на изображения от функционален магнитен резонанс (Functional magnetic resonance imaging, fMRI) на мозъците на към стотина млади възрастни хора екипът за първи път открива тези странни мозъчни спирали, които се разгръщат в мозъчната кора. Те са участвали в мозъците на всички участници в проучването.
Точната им функционалност към момента не е изяснена, само че наподобява, че тези сигнали играят значима роля в организацията на мозъчната активност и когнитивната обработка.
„ Свойствата на тези мозъчни спирали, като да вземем за пример техните направления и места на ротация, са от голяма важност за осъществяването на дилемите и могат да се употребяват за систематизиране на другите когнитивни задания “, означават откривателите в своята научна работа.
Те означиха, че спиралите на мозъка се въртят към централни точки, които те нарекоха „ центрове на фазовата сингулярност„, а самите центрове се разгръщат в кората на основния мозък, създавайки богата пространствено-времева динамичност. Те означават, че спиралите могат да се движат на разстояние до 10 сантиметра в кората. Екипът оповестява също по този начин, че разпределението на спиралите в лявото и дясното полукълбо демонстрира известна симетрия; те са забелязали, че клъстерите от спирали с противоположни направления на въртене са склонни да се намират в едни и същи функционални области на двете полукълба.
Оказва се, че спиралите най-често се появяват на границите, разделящи другите функционални мрежи на мозъка. Това местонахождение допуска, че те могат да работят като „ информационни мостове “, като дейно свързват мозъчната активност с разнообразни области или мрежи от неврони в мозъка посредством ротационното си придвижване. Някои от следените спирали са задоволително огромни, с цел да обзет няколко сходни мрежи.
„ Сложните взаимоотношения сред голям брой съжителстващи спирали могат да разрешат невронните калкулации да се правят по разпределен и успореден метод, което води до изумителна изчислителна успеваемост “, изяснява Пулин Гонг, доцент в Училището по физика към Факултета по естествени науки на Университета в Сидни и съавтор на проучването.
Към по-доброто схващане на мозъка и неговите патологии
Изследователите откриха, че тези взаимодействащи си мозъчни спирали разрешават гъвкави промени в конфигурацията на мозъчната интензивност по време на разнообразни задания, свързани с обработката на естествения език и работната памет. Когато участниците в проучването са били помолени да изпълнят избрани задания (например да отговорят на математически въпрос или да слушат приказка), спиралите са променяли посоката си от дясна към лява в разнообразни области на мозъка. Това допуска, че те координират мозъчната активност посредством смяна на посоката на въртене. Разпределението им също зависи от изпълняваната задача.
Тъй като местоположението и посоката на мозъчните спирали зависят от съответната задача, тези характерности могат да се употребяват за надеждно систематизиране на другите стадии на когнитивната обработка.
„ Нашето проучване демонстрира, че по-доброто схващане на това по какъв начин спиралите са свързани с когнитивната обработка може доста да усъвършенства разбирането ни за динамичността и функционалностите на мозъка “, споделя професор Гонг.
По-доброто схващане на главните мозъчни функционалности може в същото време да ни помогне да определим по-добре резултатите от някои болести, като деменция или церебрална парализа, които директно засягат мозъчната кора.
Но това не е всичко! Екипът смята, че тяхното изобретение може да способства за създаването на комплицирани компютри, въодушевени непосредствено от комплицираната работа на човешкия мозък. Изследователите се надяват, че проучванията им ще насърчат други невролози да учат мозъчните явления в по-голям мащаб, с цел да получат по-добро схващане за това по какъв начин работи мозъкът.
