Недавние исследования убедительно показывают, что сложная сеть связей между различными областями человеческого мозга напрямую указывает на их функциональное назначение. Это открытие – значительный шаг вперёд. Прежние работы уже связывали нейронный коннектом с отдельными психическими функциями, такими как восприятие или социальное поведение. Однако новое исследование расширяет это понимание на весь мозг, предлагая, по словам ведущего автора Келли Хирше, докторанта по психологии из Университета штата Огайо, «взгляд с высоты птичьего полета» на то, как структура и функция мозга взаимосвязаны.
«Мы обнаружили доказательства того, что коннектом является фундаментальным организационным принципом, управляющим функциями мозга, что имеет важные последствия для понимания нарушений в его работе», – поясняет Хирше.
Результаты исследования выявили подробную картину так называемого «отпечатка связности» для каждой области мозга. Соавтор Зейнеп Сайгин, доцент психологии из Университета штата Огайо, отмечает: «Подобно тому, как уникален отпечаток пальца каждого человека, мы обнаружили, что различные области мозга обладают уникальными «отпечатками связности», которые отражают выполняемые ими ментальные функции». Старший автор Дэвид Ошер, доцент психологии из того же университета, добавляет, что эти «отпечатки» позволяют учёным определять функцию определённой области, анализируя её связи. «Наши открытия помогают нам понять, какая схема связей делает, например, языковую область уникальной и чем она отличается от соседних областей в мозге», – подчёркивает Ошер.
Это новаторское исследование было опубликовано в журнале Network Neuroscience. Для своих выводов учёные использовали данные Проекта по коннектому человека (Human Connectome Project), включающие МРТ-снимки мозга 1018 участников. Эти снимки позволили проанализировать, как различные области мозга взаимодействуют друг с другом. Затем команда применила NeuroQuery – онлайн-инструмент для метаанализа, предоставляющий карты активности мозга для множества когнитивных процессов. Этот инструмент способен прогнозировать паттерны активности мозга при выполнении 33 различных ментальных задач, таких как речь, принятие решений, прослушивание музыки и распознавание лиц. Объединив данные NeuroQuery со своими моделями связности, исследователи разработали вычислительные структуры, которые чётко связывают архитектуру мозга с его функциональностью.
Анализ выявил мощную и последовательную связь между нейронной архитектурой мозга и его активностью во всех областях и когнитивных доменах. По сути, схема связей определённой области могла с высокой точностью предсказать её активность – или бездействие – во время широкого спектра умственных задач, от обычной беседы до зрительного распознавания и принятия решений. «Это подтверждает широко распространённую среди нейробиологов гипотезу о том, что коннектом определяет функцию мозга, однако до сих пор это не было столь явно продемонстрировано, к тому же в таком широком спектре когнитивных областей», – комментирует Ошер. Хотя все области мозга показали эту тесную взаимосвязь между связностью и функцией, эффект был особенно выражен в зонах, отвечающих за процессы более высокого порядка, такие как память и исполнительные функции. «Эти высокоуровневые навыки развиваются у человека на протяжении многих лет, гораздо дольше, чем сенсорные или социальные способности, – отмечает Хирше. – Возможно, постоянное использование этих областей мозга для их развития приводит к такой тесной связи между коннектомом и функцией для этих навыков высшего порядка».
Важным результатом исследования является то, что эта всеобъемлющая «мозговая» перспектива предоставляет эталонную модель того, как функционирует мозг здорового молодого человека, говорит Хирше. Теперь учёные могут использовать эту базовую модель для сравнения с мозгом людей, страдающих неврологическими или психическими расстройствами, чтобы выявить различия в их коннектоме и функциях. «Знание того, что коннектом является общим организационным принципом функции мозга по всей его протяжённости, служит основой для дальнейших исследований в этой области», – заключает Хирше.
