Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Картографирование разума: новая структура связывает мозговые волны с индивидуальными когнитивными состояниями

Картографирование разума: новая структура связывает мозговые волны с индивидуальными когнитивными состояниями

Сложность человеческого мозга — 86 миллиардов нейронов с более чем 100 триллионами связей — обеспечивает абстрактное мышление, усвоение языка, продвинутые рассуждения и решение проблем, а также способность к творчеству и социальному взаимодействию. Понимание того, как различия в сигналах и динамике мозга создают уникальное познание и поведение у людей, давно является целью исследований в области нейронауки, однако многие явления остаются необъясненными.

Исследование нейробиологов и инженеров из Университета Вашингтона в Сент-Луисе устраняет этот пробел в знаниях с помощью нового метода создания персонализированных моделей мозга, которые предлагают понимание индивидуальной нейронной динамики. Под руководством ШиНунга Чинга, доцента кафедры электротехники и системной инженерии Престона М. Грина в Школе инженерии Маккелви, и Тодда Брейвера, профессора кафедры психологических и мозговых наук в Искусствах и науках, работа, опубликованная 17 января в PNAS , представляет новую структуру, которая позволит исследователям создавать персонализированные модели мозга на основе подробных данных неинвазивных сканирований мозга с высоким временным разрешением. Такие персонализированные модели имеют применение в исследовательских и клинических условиях, где они могли бы поддержать достижения в области нейронауки и лечения неврологических заболеваний.

«Это исследование мотивировано нашей потребностью понять индивидуальные различия в динамике мозга», — сказал первый автор Мэтью Сингх, который проводил исследование, будучи постдокторантом с Брейвером и Чингом в Вашингтонском университете, а теперь является доцентом в Иллинойсском университете в Урбане-Шампейне. «Мы не объясняем весь спектр биофизических механизмов, работающих в человеческом мозге , но мы можем пролить свет на то, почему у здоровых людей разная динамика мозга, с помощью нашей новой модели, которая дает нам понимание механики мозга и проверяемые прогнозы явлений мозга».

Ключевым преимуществом метода команды является его способность видеть индивидуальные вариации в генерации альфа- и бета-волн и связывать их с глобальными изменениями в мозге. Эти два типа мозговых волн, характеризующиеся разными электрическими частотами, связаны с разными когнитивными состояниями и функциями. Например, альфа-волны связаны с расслабленными состояниями, такими как медитация, в то время как бета-волны связаны с бодрствующими и активными состояниями, такими как принятие решений и решение проблем. Изменение пиковой частоты альфа-волн традиционно является надежным показателем индивидуальных различий в мозге и поведении.

Исследование связывает различия в колебаниях альфа- и бета-частот с общемозговыми вариациями баланса между возбуждающими нейронами — теми, которые усиливают активность, активируясь и передавая сигналы другим нейронам, — и тормозными нейронами — теми, которые регулируют активность, сообщая другим нейронам не активироваться. Исследователи подтвердили персонализированные модели, показав, что они могут воспроизводить глобальные индивидуальные альфа- и бета-паттерны и точно прогнозировать будущую общемозговую активность, подтвердив объяснительную силу своей структуры.

«Эта новая техника предоставляет мощный инструмент для изучения механизмов, лежащих в основе индивидуальной мозговой динамики, на основе неинвазивных измерений мозговой активности», — сказал Чинг. «Это позволит нам продвинуть нейронауку высокого уровня, создать точные модели мозга для людей, которые могут прогнозировать будущую мозговую активность и использовать эти знания для информирования о персонализированных медицинских вмешательствах».

«Постоянное сотрудничество, расширение и совершенствование нашей модели станут ключевой частью следующих этапов этого проекта», — добавил Брейвер. «Наш инновационный подход имеет потенциал для того, чтобы предоставить новые знания о том, как индивидуальные различия в динамике мозга приводят к различиям в когнитивных функциях. Мы надеемся, что эта структура также может в конечном итоге дать информацию о новых способах улучшения когнитивных функций, таких как нейростимуляция».

Картографирование разума: новая структура связывает мозговые волны с индивидуальными когнитивными состояниями

В тренде