Az agyi képalkotás segít feltérképezni a gondolkodásmódunkat

Az emberi agy rendkívül bonyolult szerv, sok titokkal. Annak érdekében, hogy jobban megértsék, hogyan alakítja és irányítja az agy a gondolatokat, a kutatók átalakították a strukturális agyi képalkotó rendszereket az agyi régiók közötti kapcsolatok „kapcsolási diagramjaivá”.

A Kaliforniai Egyetem, a Santa Barbara Pszichológiai és Agytudományi Tanszékének (UCSB) három kutatója - Michael Miller, Scott Grafton és Matt Cieslak - az ideghálózatok felépítését felhasználva megtanulta azokat az alapvető szabályokat, amelyek az agy mely részeire képesek leginkább kognitív irányítást gyakorolnak a gondolatok és cselekedetek felett.

Ez a tanulmány az első, amely mechanisztikus magyarázatot ad arra, hogy a frontális kéreg miként gyakorolja az irányítást az egyes neuronok billiói felett, amelyek lehetővé teszik az emberek számára, hogy egy feladatra összpontosítsanak, vagy gyökeresen másra váltsanak.

Az eredmények a folyóiratban jelennek meg Nature Communications.

"Az agyad bizonyos területei hajlamosak arra, hogy irányítsák gondolataidat az alapján, hogy hol fekszenek más régiókhoz képest" - mondta Miller, az UCSB pszichológia professzora és a cikk társszerzője.

„A„ külterületen ”fekvő régiók nagyon specifikus ellenőrzést hajthatnak végre. Áthelyezhetik a rendszert távoli államokba, például áttérhetnek a munkahelyi munkavégzésről a gyerekekkel való játékra. ”

Ez az új kutatás ötvözi az élvonalbeli idegtudományt a hálózattudomány feltörekvő területével, amelyet gyakran használnak a társadalmi rendszerek tanulmányozására.

A kontroll elmélet alkalmazásával - mely területet hagyományosan az elektromos és mechanikus rendszerek tanulmányozására használják - a kutatók kimutatták, hogy az agy szélén való tartózkodásra van szükség ahhoz, hogy a frontális kéreg dinamikusan irányítsa a gondolatok irányát és a célirányos viselkedést.

"Szükségünk van egy alapvető elméletre arról, hogy az agy hogyan irányítja önmagát, és ahhoz, hogy odaérjünk, azt javasoljuk, hogy az agyat mérnöki rendszerként kezeljük" - mondta Danielle Bassett vezető szerző, a Pennsylvaniai Egyetem Műszaki és Alkalmazott Iskolájának innovációs adjunktusa Tudomány.

„A kognitív kontroll sokban hasonlít a mérnöki vezérlésre: a kulcspontok azonosításával modellezi a rendszer dinamikáját; ha megnyomom ezt az egy darabot, vagy meghúzom ezt a kart, akkor előrejelzést tudok adni arról, hogy ez milyen hatással lesz a hálózat más részeire. "

A kontroll elméleti egyenleteket alkalmazva az agyi vizsgálatokból generált kapcsolási diagramokra, a kutatók kimutatták, hogy az agy régiói közötti földrajzi és funkcionális különbségek összefüggenek.

Noha az elemzés nem tudja megmondani, hogy a frontális kéreg helyzete vagy szerepe alakult-e ki először, azt sugallja, hogy a frontális kéreg azon képességének egy része, hogy irányítsa a végrehajtó funkciót, az agyhálózat más részeitől való távolságától függ.

"Ez a tanulmány a hálózati tudomány új hullámát hirdeti, amely szigorú kontrollelméleten alapszik" - mondta Grafton társszerző, az UCSB agyi képalkotó központjának igazgatója.

"A legmodernebb agyi képalkotási adatokra alkalmazva elkezdjük látni az agyi kapcsolatok architektúrájában rejlő tervezési kompromisszumokat."

A leginkább összekapcsolt - és ezért a hálózaton belüli - régiók nagyon jól képesek az agyat a közeli államokba mozgatni - például attól, hogy valaki e-mailt írjon, vagy beszéljen az illetővel telefonon.

"Különösen érdekes, ha megnézzük, hol vannak ezek a belső csomópontok, ezek mind" alapértelmezett módú "régiókban vannak, amelyek azok a régiók, amelyek aktívak, amikor pihensz" - mondta Bassett. "Ennek van értelme, mert ha egy optimális rendszert tervezne, akkor azt szeretné, hogy az alapvonalát oda helyezze, ahol elég könnyen eljuthat a legtöbb helyre."

Cieslak társszerző szerint az agyrégiók elhelyezkedése és szerepük közötti kapcsolat ilyen jellegű holisztikus megértése szükséges ahhoz, hogy jobb kezeléseket szabhassanak azoknak az embereknek, akik betegség vagy sérülés miatt elvesztették a végrehajtó funkciót.

Cieslak úgy véli, hogy ez az alapvető megértés arról, hogy az agy hogyan irányítja tevékenységét, jobb beavatkozásokhoz vezethet a csökkent kognitív kontroll, például autizmus, skizofrénia vagy dementia esetén társuló orvosi állapotokhoz.

Forrás: Kaliforniai Egyetem, Santa Barbara / EurekAlert