Людський мозок завжди працює, обробляючи інформацію, яка надходить у дуже різні часові рамки. Деякі сигнали вимагають миттєвої реакції на зміни в навколишньому середовищі, тоді як інші розгортаються повільніше, коли ми інтерпретуємо значення, контекст чи намір.
Нове дослідження Rutgers Health, опубліковане в Nature Communications, досліджує, як мозок об’єднує ці швидкі та повільні сигнали. Дослідження зосереджено на тому, як мережі зв’язків білої речовини дозволяють різним ділянкам мозку спілкуватися, підтримуючи мислення, прийняття рішень та поведінку.
Ділянки мозку працюють за різними внутрішніми годинниками
Не всі частини мозку обробляють інформацію однаково або з однаковим темпом. Кожна ділянка працює протягом характерного часового вікна, відомого як внутрішні нейронні часові шкали, або скорочено INT. Ці часові шкали відображають, як довго регіон утримує інформацію, перш ніж перейти до наступного сигналу.
«Щоб впливати на наше оточення через дію, наш мозок повинен поєднувати інформацію, оброблену протягом різних часових шкал», — сказав Лінден Паркс, доцент кафедри психіатрії в Rutgers Health та старший автор дослідження. «Мозок досягає цього, використовуючи зв’язки білої речовини для обміну інформацією між регіонами, і ця інтеграція має вирішальне значення для поведінки людини».
Картування зв’язків мозку майже у 1000 людей
Щоб зрозуміти, як працює ця інтеграція, Паркс та його колеги дослідили дані візуалізації мозку 960 осіб. Використовуючи цю інформацію, вони створили детальні карти зв’язків мозку кожної людини, відомі як конектоми. Потім команда застосувала математичні моделі, що описують, як складні системи розвиваються з часом, щоб відстежити, як інформація переміщується через ці мережі.
«Наша робота досліджує механізми, що лежать в основі цього процесу у людей, шляхом безпосереднього моделювання INT регіонів на основі їх зв’язку», — сказав Паркс, основний член Інституту здоров’я мозку Рутгерса та Центру передових досліджень візуалізації людського мозку. «Це встановлює прямий зв’язок між тим, як регіони мозку обробляють інформацію локально, і тим, як ця обробка розподіляється по всьому мозку для формування поведінки».
Чому різниця в часі важлива для пізнання
Дослідники виявили, що те, як нейронні часові шкали розташовані в корі головного мозку, відіграє ключову роль у тому, наскільки ефективно мозок перемикається між масштабними моделями активності, пов’язаними з поведінкою. Ця організація часу не була однаковою для всіх.
«Ми виявили, що відмінності в тому, як мозок обробляє інформацію з різною швидкістю, допомагають пояснити, чому люди відрізняються своїми когнітивними здібностями», — сказав Паркс.
Дослідження також показало, що ці патерни часу пов’язані з генетичними, молекулярними та клітинними особливостями тканини мозку, пов’язуючи результати з основними біологічними процесами. Подібні зв’язки були помічені в мозку миші, що свідчить про те, що ці механізми є спільними для різних видів.
«Наша робота підкреслює фундаментальний зв’язок між зв’язком білої речовини мозку та його локальними обчислювальними властивостями», — сказав Паркс. «Люди, чия мозкова проводка краще відповідає тому, як різні області обробляють швидку та повільну інформацію, як правило, демонструють вищі когнітивні здібності».
Наслідки для досліджень психічного здоров’я
Спираючись на ці результати, дослідницька група зараз застосовує той самий підхід до нейропсихіатричних станів, таких як шизофренія, біполярний розлад та депресія. Мета полягає в тому, щоб зрозуміти, як зміни у зв’язках мозку можуть порушувати спосіб обробки інформації з часом.
Дослідження було проведено у співпраці з Аврамом Холмсом, доцентом психіатрії та одним із основних членів Інституту здоров’я мозку Рутгерса та Центру передових досліджень візуалізації людського мозку, а також з постдокторантами Ахмадом Бейхом та Ембер Хауелл, а також Джейсоном З. Кімом з Корнельського університету.
