МРТ головного мозга
Мы все были в этом: вы на работе, глубоко погружены в проект, когда внезапно начинаете думать о своих планах на выходные. Это происходит потому, что за кулисами части вашего мозга борются за контроль.
Теперь исследователи из Университета Флориды и их коллеги используют новую технику, которая позволяет им изучить, как части мозга борются за доминирование, когда человек пытается сосредоточиться на задаче. Устранение этих колебаний внимания может помочь ученым лучше понять многие неврологические расстройства, такие как аутизм, депрессия и легкие когнитивные нарушения.
Минчжоу Дин, профессор биомедицинской инженерии, и Сяотун Вэнь, младший научный сотрудник биомедицинской инженерии, оба из Университета Флориды; Ицзюнь Лю из Института мозга Макнайта Университета Флориды и Пекинского университета; и Ли Яо из Пекинского педагогического университета сообщают о своих выводах в текущем выпуске журнала Neuroscience.
Ученые знают, что разные сети в мозге выполняют разные функции. Дин, Вэнь и их коллеги использовали метод визуализации мозга, называемый функциональной магнитно-резонансной томографией, и биостатистические методы, чтобы изучить взаимодействия между набором областей, которые они называют сетью управления задачами, и другим набором областей, известных как сеть режима по умолчанию.
Сеть управления задачами регулирует внимание к окружающему, контролируя концентрацию на задаче, например, выполнении домашней работы или прислушиваясь к эмоциональным сигналам во время разговора. Считается, что сеть режима по умолчанию регулирует саморефлексию и эмоции и часто становится активной, когда кажется, что человек больше ничего не делает.
"Мы знали, что активность сети в режиме по умолчанию снижается при выполнении задачи, но мы не знали, почему и как," сказал Дин, профессор биомедицинской инженерии в Дж. Крейтон Прюитт, отдел биомедицинской инженерии. "Мы также хотели узнать, что вызывает снижение активности.
"Долгое время на задаваемые нами вопросы нельзя было ответить."
В прошлом исследователи не могли различать направления взаимодействий между областями мозга и могли придумать только одно число, представляющее среднее значение двусторонних взаимодействий. Дин и его коллеги использовали новую технику, чтобы распутать взаимодействия в каждом направлении, чтобы показать, как различные области мозга взаимодействуют друг с другом.
В своем исследовании исследователи использовали фМРТ для изучения мозга людей, выполняющих задачу, требующую концентрации. Ученые могут видеть активность в определенных областях мозга, в то время как человек выполняет заданную задачу. Они могут видеть, какие части мозга активны, а какие нет, и соотносить это с тем, насколько успешен человек в выполнении данной задачи. Затем они применили метод причинно-следственной связи Грейнджера, чтобы посмотреть на данные, которые они видели на фМРТ. Этот метод, названный в честь лауреата Нобелевской премии экономиста Клайва Грейнджера, позволяет ученым исследовать, как одна переменная влияет на другую переменную; в этом случае, как одна область мозга влияет на другую.
"Люди выдвинули гипотезы о разных функциях сигналов, идущих в разных направлениях," Дин сказал. "Мы показываем, что когда сеть управления задачами подавляет сеть режима по умолчанию, человек может выполнять задачу лучше и быстрее. Чем лучше отключена сеть в режиме по умолчанию, тем лучше работает человек."
Однако, когда сеть с режимом по умолчанию недостаточно подавлена, она отправляет сигналы в сеть управления задачами, которые эффективно отвлекают человека, в результате чего его или ее производительность падает. Таким образом, хотя сеть управления задачами подавляет сеть режима по умолчанию, сеть режима по умолчанию также мешает сети управления задачами.
"Ваш мозг постоянно колеблется взад и вперед," даже пытаясь сконцентрироваться на задаче, сказал Дин.
Метод причинно-следственной связи Грейнджера может помочь исследователям больше узнать о том, как работают неврологические расстройства. Исследователи обнаружили, что сеть режима по умолчанию остается неизменной у людей с аутизмом, независимо от того, выполняют ли они задачу или взаимодействуют с окружающей средой, что может объяснить такие симптомы, как трудности с чтением социальных сигналов или легкое подавление сенсорной стимуляции. Ученые сделали аналогичные выводы в отношении депрессии и легких когнитивных нарушений. Однако до сих пор никто не мог определить, какие области мозга могут регулировать сеть в режиме по умолчанию, а какие могут мешать этому регулированию.
"Теперь мы можем ответить на эти вопросы," Дин сказал.