Способность вашего мозга мыслить ясно может зависеть от того, насколько хорошо он синхронизирует быструю реакцию с медленными процессами рефлексии.
Мозг постоянно смешивает занимающие доли секунды реакции с медленными, более вдумчивыми процессами, и в новом исследовании показано, как ему это удаётся. Учёные обнаружили, что разные области мозга работают в соответствии с разными внутренними часами, и полагаются на соединения в белом веществе, которые обмениваются информацией по этим шкалам времени. То, как организован этот отсчёт времени, влияет на эффективность переключения мозга между связанными с поведением схемами активности. Различия в этой системе могут объяснить, почему у разных людей разные умственные способности.
Человеческий мозг постоянно работает, управляясь с информацией, поступающей в соответствии с очень разными графиками. Для некоторых сигналов необходима незамедлительная реакция на изменения в окружающей среде, в то время как другие разворачиваются медленнее, по мере интерпретирования нами смысла, контекста или намерений.
В новом исследовании Департамента здравоохранения Ратгерского университета, опубликованного в Nature Communications, рассматривается то, как мозг сочетает эти быстрые и медленные сигналы. Исследование сконцентрировано на том, как сети соединений в белом веществе позволяют различным областям мозга общаться, способствуя мыслительному процессу, принятию решений и поведению.
Области мозга работают по разным внутренним часам
Не все части мозга обрабатывают информацию одинаковым образом или с одинаковой скоростью. Каждая область работает в характерном временном окне, именуемом встроенной нейронной шкалой времени, или сокращённо INT (intrinsic neural timescale — прим. перев.). Эти шкалы времени отражают, насколько долго область удерживает информацию, прежде, чем перейти к следующему сигналу.
«Чтобы влиять на среду посредством действий, наш мозг должен сочетать информацию, обрабатываемую согласно разным шкалам времени, — говорит Линден Паркс, адъюнкт-профессор психиатрии Ратгерского университета и старший автор исследования. — Мозг достигает этого, используя связи в белом веществе, чтобы распределять информацию между разными областями, и такая интеграция играет в поведении человека ключевую роль».
Составление карты соединений в мозге у почти 1000 человек
Чтобы понять, как работает эта интеграция, Паркс и его коллеги исследовали данные визуализации мозга 960 человек. Используя эту информацию, они создали детальные карты связей мозга, или коннектомов, каждого из исследуемых. Затем учёные применили математические модели, описывающие развитие сложных систем с течением времени, чтобы отследить движение информации по этим сетям.
«Наша работа исследует механизмы, лежащие в основе этого процесса у человека, напрямую моделируя INT областей мозга на основе их связей, — говорит Паркс, один из ключевых членов Института здоровья мозга Ратгеровского университета и Центра передовых визуальных исследований человеческого мозга. — Таким образом проводится прямая связь между локальной обработкой информации мозгом и обобщением этой обработки по всему мозгу для выработки поведенческих рефлексов».
Почему разница во времени важна для умственной деятельности
Исследователи обнаружили, что распределение нейронных временных шкал в коре мозга играет ключевую роль в том, насколько эффективно мозг переключается между крупномасштабными схемами активности, связанными с поведением. Такая организация времени не была одинаковой для всех.
«Мы обнаружили, что различия в том, как мозг обрабатывает информацию на разных скоростях, помогают объяснить, почему у людей разные когнитивные способности», — говорит Паркс.
Исследование также показало, что эти временные схемы связаны с генетическими, молекулярными и клеточными особенностями ткани мозга, чем проводится связь полученных результатов с основными биологическими процессами. Подобные связи наблюдались в мозге мышей, предполагая, что эти механизмы — общие для различных видов.
«Наша работа подчёркивает фундаментальную связь между соединениями в белом веществе мозга и его локальными вычислительными характеристиками, — говорит Паркс. — Люди, у которых нейронные связи лучше адаптированы к тому, как различные области обрабатывают быструю и медленную информацию, как правило, показывают более высокие когнитивные способности».
Значение для исследований в области психического здоровья
Основываясь на этих результатах, исследователи в данный момент применяют этот подход к таким нейропсихиатрическим состояниям, как шизофрения, биполярное расстройство и депрессия. Цель заключается в том, чтобы понять, как изменения в нейронных связях могут нарушать обработку информации с течением времени.
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материалы предоставлены Ратгерским университетом (Rutgers University).
Вам также может быть интересно: