Головной мозг – это сеть связей, которая постоянно
загружена. Исследования показывают, что все отдела мозга коммуницируют
друг с другом круглосуточно. У людей с высоким интеллектом сеть способна
пропускать больше информации.
Наш мозг состоит не из оперирующих независимо друг от друга отделов,
которые проявляют активность лишь при выполнении определенных задач.
Мозг – это интегрированная сеть, внутри которой все отделы коммуницируют
друг с другом в круглосуточном режиме. Коммуникация осуществляется
через белое вещество мозга, которое выполняет в нем роль информационных
скоростных трасс. Чем прямее (зд. короче) связи в мозге, тем эффективнее
сообщение между его отделами, тем выше уровень когнитивных достижений
соответствующего человека или, иначе говоря, тем выше его
интеллектуальный уровень.
Об этом свидетельствуют результаты исследования специалиста в области
нейронаук Martijn van den Heuvel (Утрехтский университет), который в
сентябре 2009 защитил диссертацию на тему ''Соединенный мозг'' (ориг. на
англ. ''The connected brain''). Он показал, что белое вещество и
активность головного мозга в состоянии покоя, так называемые паттерны
активности в покое, играют ключевую роль в часто интенсивной
коммуникации, которую поддерживают между собой различные отделы мозга.
Но как осуществляется такая коммуникация, и насколько она интенсивна?
Каждый ли отдел мозга в равной мере связан с другими? Можно ли выделить
кластеры отделов мозга? Будет ли коммуникации внутри таких кластеров
интенсивнее, чем между ними?
''Здесь можно провести сравнение с сетью дорог,'' – говорит van den
Heuvel. ''Мы знаем, что между большими городами проложены соединяющие их
скоростные трассы. Вопрос в том, используются ли они? Если ''да'', то
сколько транспорта проходит и в каком направлении? Если есть узловые
точки, то есть ли транспортные развязки, объездные маршруты, и есть ли
перегруженные участки? То есть можно ли говорить об оптимальном,
эффективном потоке?
Чтобы ответить на эти вопросы, van den Heuvel поделил серое вещество
мозга не на 90 областей, как принято в подобных исследованиях, а на
9.500 участков. Так он мог получить более подробную информацию, чем это
делалось раньше. С помощью fMRI в состоянии покоя он изучил картины
связей между всеми этими участками – вокселями (voxels) – у 50
испытуемых, которых просили просто спокойно лежать и ничего не делать
(также не спать).
В результате у него получилось 9.500 х 9.500 связей. ''Чтобы
обсчитать материал, нам пришлось задействовать несколько мощных новых
компьютеров. Естественно, потребовалось время, и возможно, это одна из
причин, почему никто не сделал этого ранее''.
Оказалось, что все отделы головного мозга в состоянии покоя
''разговаривают друг с другом'', а состояние покоя – это стандартная
базовая точка отсчета, потому что мозг в этот момент не занят
выполнением каких-то заданий. Также после нескольких месяцев вычислений
оказалось, что интенсивность ''разговоров'' между отделами мозга
различается, и зависит от того, в какой мере соответствующие отделы
должны обмениваться своей информацией.
Так, например, области, управляющие моторикой, и потому считающиеся
функциональными, общаются между собой много, и значительно активнее, чем
с отделами, связанными с другими функциями. Коммуникацию обеспечивает
белое вещество, оно выступает в роли информационных скоростных трасс
между разными отделами мозга. На этих трассах жизнь не замирает, даже
если мозг не занят выполнением какого-то задания. Там движение идет
круглосуточно.
Van den Heuvel: ''Это новые данные. Раньше не было известно, что
отделы мозга в состоянии покоя направляют друг другу информацию через
белое вещество''.
Когнитивные достижения
Работа van den Heuvel выявила еще один интересный момент: ''После
анализа данных мы увидели, что состояние коммуникации в мозге в
состоянии покоя является хорошим предиктором когнитивных достижений
человека.
''Оказалось, что люди с очень высоким интеллектом обладают наиболее
эффективно работающей мозговой сетью. При этом важна не столько скорость
и качество проработки информации в одной области мозга, сколько степень
сведения воедино информации из многих самых разных отделов мозга. Чем
лучше интегрирована информация, тем выше качество сети и выше уровень
интеллекта''.
Прежде всего, речь идет о скорости и качестве дальних связей. При
этом важно не их количество, а их расположение в мозге. Это хорошо видно
на примере дорожной сети.
При наличии одного и того же количества асфальта, можно по-разному
проложить дороги из одной точки в другую. Нужно ли прокладывать путь из
точки А в точку В через точку Б? Или же связать А и В напрямую? Прямые
связи обеспечивают более эффективную организацию мозга. То есть у людей с
высоким интеллектом связей не больше, чем у других, они просто лучше
проложены.
Расстояние между пунктами назначения
Van den Heuvel: ''Говоря о мозге, мы имеем в виду степень его
эффективности. Наше исследование показывает, что очень высокая
эффективность сочетается с высоким IQ, то есть у людей с более высоким
интеллектом самые короткие функциональные расстояния между точками
отправки и получения сообщений в мозге. Поэтому им, вероятно, легче
интегрировать информацию, и они показывают самый высокий уровень
когнитивных достижений.
''Это также предполагает, что интеллект не сосредоточен в каком-то
специфическом отделе мозга, как это часто считается. Интеллект
расположен везде. Это совершенно новая точка зрения''.
Пока неясно, что первично и что вторично, то есть, обеспечивает ли
интеллектуальный мозг эффективность или же эффективно работающий мозг
обеспечивает высокий уровень интеллекта. ''Правда и то, что уровень
интеллекта в значительной мере является врожденным,'' – говорит van den
Heuvel. ''Это значит, что степень эффективности мозга отчасти
определяется наследственностью. Возможно, что и на то, и на другое
влияют одни и те же генетические факторы. Близнецовые исследования
указывают в этом направлении''.
Van den Heuvel надеется, что лонгитудинальное исследование детей и
подростков в пубертате, в ходе которого будет отслеживаться
предрасположенность функциональных связей, покажет, в какой фазе жизни
происходит прокладывание этих связей, и в какой мере тренинг может
усилить их эффективность.
Маленький мир
Исследование van den Heuvel очевидно показывает, что наш мозг
построен согласно принципу наиболее экономичной организации,
существующему в природе. Это принцип малого мира (small world) [1]. Это
означает и эффективные ''локальные'' связи между вокселями, и
''глобальные'' связи с далеко расположенными отделами.
''Это можно сравнить с принципом, что любого человека в этом мире
отделяют от другого лишь шесть рукопожатий. В мозге происходит то же
самое,'' – говорит van den Heuvel. ''Любая область мозга может через
сравнительно малое количество шагов очень быстро направить информацию в
любую другую область''.
''В ''тесном'' мире работают (под)сети (их также называют модулями), а
также ряд ключевых узловых станций, которые все тесно взаимосвязанные
сети соединяют в одну большую, сложную, плотную и эффективную сеть – наш
мозг''.
По крайней мере, у здоровых людей. Van den Heuvel, который работает в
отделении психиатрии Медицинского центра Утрехтского университета,
хочет использовать свои воззрения в исследовании того, что происходит не
так у людей, у которых с коммуникацией обстоит менее гладко.
''Возьмите, например, людей с шизофренией. Мы знаем, что эта болезнь
сочетается с уменьшением объемов серого и белого вещества в определенных
отделах головного мозга. Помимо этого, мозг в покое у пациентов с
шизофренией показывает другие паттерны, по сравнению со здоровыми.
''Анализ на уровне вокселей покажет, что происходит в мозге таких
пациентов, и, возможно, мы сможем увидеть, связана ли шизофрения с
нарушениями передачи информации между разными отделами мозга, и лучше
понять причины этой болезни''.
Коммуникация в мозге
Белое вещество, которое также называют ''проводкой'' или
''кабелями'' мозга заполняет почти половину нашего мозга и состоит из
миелинизированных аксонов – отростков нейронов, которые продуцируют
электрические сигналы и отвечает за всю коммуникацию в головном мозге. В
последние годы появилась техническая возможность с помощью
диффузно-тензорного сканирования (diffusion tensor imaging – DTI, одна
из новых техник MRI) закартировать проводящие пути белого вещества.
Серое вещество – это миллиарды нервных клеток, которые
перерабатывают информацию в головном мозге, и сгруппированы в различных
отделах головного мозга. Каждая клетка через свой аксон связана
десятками тысяч связей с другими клетками. Во время fMRI ученые видят в
цвете участки, активные при выполнении какой-то задачи.
С помощью fMRI в состоянии покоя можно измерить спонтанную активность
всего мозга ''в покое'', а затем, опираясь на паттерны активности
различных отделов мозга, можно определить степень коммуникации между
ними.
Правое и левое полушарие могут обмениваться информацией, благодаря
corpus callosum, а передние и задние отделы мозга делают это с помощью
cingulum.
По материалам:
Netwerk vol verkeersdrukte. – de Volkskrant, 22.08.09, Sect. Kennis,
p. 1.
Перевод Елены Можаевой
Ссылка на статью
