Исследователи из Тель-Авивского университета под руководством профессора Янива Ассафа из школы нейробиологии, биохимии и биофизики и школы неврологии Сагола, а также профессора Йосси йовеля из школы зоологии, школы неврологии Сагола и Музея естественной истории Штайнхарда провели первое в своем роде исследование, направленное на изучение связей мозга у 130 видов млекопитающих. Интригующие результаты, противоречащие широко распространенным гипотезам, показали, что уровни связности мозга одинаковы у всех млекопитающих, включая человека.
"Мы обнаружили, что связность мозга-а именно эффективность передачи информации через нейронную сеть-не зависит ни от размера, ни от структуры какого-либо конкретного мозга", - говорит профессор Ассаф. - Другими словами, мозг всех млекопитающих, от крошечных мышей и людей до крупных быков и дельфинов, обладает одинаковой связностью, и информация распространяется в нем с одинаковой эффективностью. Мы также обнаружили, что мозг сохраняет этот баланс с помощью специального компенсаторного механизма: когда связь между полушариями высока, связь внутри каждого полушария относительно низка, и наоборот."
Среди участников были исследователи из Ветеринарного института Кимрон в Бейт-Дагане, Школы компьютерных наук в Тау и медицинского факультета Техниона. Статья была опубликована в журнале Nature Neuroscience 8 июня.
"Связь с мозгом-это центральная функция, критически важная для функционирования мозга", - объясняет профессор Асаф. "Многие ученые предположили, что связность в человеческом мозге значительно выше по сравнению с другими животными, как возможное объяснение превосходства функционирования "человеческого животного".С другой стороны, по словам профессора йовеля, "мы знаем, что ключевые черты сохраняются на протяжении всего эволюционного процесса. Так, например, все млекопитающие имеют четыре конечности. В этом проекте мы хотели исследовать возможность того, что связь между мозгом может быть ключевой особенностью такого рода-поддерживаемой у всех млекопитающих независимо от их размера или структуры мозга. Для этого мы использовали передовые исследовательские инструменты."
Проект начался с расширенного диффузионного МРТ-сканирования мозга примерно 130 млекопитающих, каждый из которых представлял различные виды. (Все мозги были удалены у мертвых животных, и ни одно животное не подвергалось эвтаназии для целей настоящего исследования. Мозг, полученный в ветеринарном институте Кимрона, представлял собой очень широкий спектр млекопитающих - от крошечных летучих мышей весом 10 граммов до дельфинов, вес которых может достигать сотен килограммов. Поскольку мозг примерно 100 из этих млекопитающих никогда раньше не подвергался МРТ-сканированию, проект создал новую и уникальную в глобальном масштабе базу данных. Таким же образом был отсканирован мозг 32 живых людей. Уникальная технология, которая обнаруживает белое вещество в мозге, позволила исследователям реконструировать нейронную сеть: нейроны и их аксоны (нервные волокна), через которые передается информация, и синапсы (соединения), где они встречаются.
Следующей задачей было сравнение результатов сканирования различных типов животных, чьи мозги сильно различаются по размеру и/или структуре. Для этой цели исследователи использовали инструменты из теории сетей, раздел математики, который позволил им создать и применить единый датчик проводимости мозга: количество синопсисов, которые сообщение должно пересечь, чтобы попасть из одного места в другое в нейронной сети.
"Мозг млекопитающего состоит из двух полушарий, соединенных между собой набором нервных волокон (аксонов), которые передают информацию", - объясняет профессор Ассаф. "Для каждого мозга, который мы сканировали, мы измеряли четыре показателя связности: связность в каждом полушарии (внутриполушарные связи), связность между двумя полушариями (межполушарные связи) и общую связность. Мы обнаружили, что общая связь мозга остается одинаковой для всех млекопитающих, больших и малых, включая человека. Другими словами, информация передается из одного места в другое через одинаковое количество синапсов. Однако следует сказать, что разные мозги используют разные стратегии для сохранения этой равной степени общей связности: некоторые демонстрируют сильную межполушарную связность и более слабую связность внутри полушарий, в то время как другие демонстрируют противоположную."
Профессор Йовель описывает еще одно интересное открытие. "Мы обнаружили, что вариации компенсации связности характеризуют не только разные виды, но и разных особей внутри одного и того же вида", - говорит он. Другими словами, мозг некоторых крыс, летучих мышей или людей демонстрирует более высокую межполушарную связность за счет связности внутри полушарий, и наоборот-по сравнению с другими представителями того же вида. Было бы интересно выдвинуть гипотезу о том, как различные типы связей мозга могут влиять на различные когнитивные функции или человеческие способности, такие как спорт, музыка или математика. Такие вопросы будут рассмотрены в наших будущих исследованиях."
"Наше исследование выявило универсальный закон: сохранение связности мозга", - заключает профессор Ассаф. - Этот закон означает, что эффективность передачи информации в нейронной сети мозга одинакова у всех млекопитающих, включая человека. Мы также обнаружили компенсаторный механизм, который уравновешивает связь в мозге каждого млекопитающего. Этот механизм гарантирует, что высокая связность в определенной области мозга, возможно, проявляющаяся через какой-то особый талант (например, спорт или музыка), всегда противопоставляется относительно низкой связности в другой части мозга. В будущих проектах мы будем исследовать, как мозг компенсирует повышенную связность, связанную с определенными возможностями и процессами обучения."