Mreženje možganov: mehanizem za kognitivnim nadzorom misli | 2020

Vsebina:

Anonim

Trije raziskovalci iz oddelka za psihološke in možganske znanosti UCSB - Michael Miller, Scott Grafton in Matt Cieslak - so uporabili strukturo nevronskih mrež, da bi razkrili temeljna pravila, ki določajo, kateri deli možganov so najbolj sposobni izvajati kognitivni nadzor nad mislijo in ukrepov. Ta študija je prva, ki zagotavlja mehanistično razlago, kako prednja skorja nadzoruje trilijone posameznih nevronov, ki ljudem omogočajo, da ostanejo osredotočeni na eno nalogo ali preklopijo na radikalno drugačno. Ugotovitve se danes pojavljajo v reviji Nature Communications .

"Posebne regije vaših možganov so nagnjene k nadzoru vaših misli, ki temeljijo na tem, kje ležijo v odnosu do drugih regij," je dejal Miller, profesor psihologije UCSB in soavtor članka. "Regije na" obrobju "lahko opravljajo zelo specifično vrsto nadzora. Sistem lahko premaknejo v oddaljene države, kot je prehod z dela na vaše delo na igranje s svojimi otroki."

Ta nova raziskava je sprožila vrhunsko nevroznanost s pojavnim področjem mrežne znanosti, ki se pogosto uporablja za preučevanje socialnih sistemov. Z uporabo teorije nadzora - področja, ki se tradicionalno uporablja za preučevanje električnih in mehanskih sistemov - raziskovalci kažejo, da je biti na obrobju možganov potrebno, da frontalni korteks dinamično nadzoruje smer misli in ciljno usmerjeno vedenje.

"Potrebujemo osnovno teorijo o tem, kako možgani nadzorujejo samega sebe, in da bi prišli tja, predlagamo, da se možgani obravnavajo kot inženirski sistem," je povedala višja avtorica Danielle Bassett, docentka za inovacije v šoli Penn's Engineering in Applied Science. "Kognitivna kontrola je zelo podobna inženirskemu nadzoru: modelirate dinamiko sistema tako, da identificirate ključne točke; če pritisnem na ta del ali potegnem ta vzvod, lahko ponudim napoved, kako bo vplivala na druge dele omrežja."

Raziskovalci so z uporabo enačb kontrolne teorije za diagrame ožičenja, ki so nastali iz skeniranja možganov, pokazali, da so geografske in funkcionalne razlike med regijami možganov povezane. Medtem ko analiza ne more ugotoviti, ali se je lokacija prve fronte ali njena vloga razvila najprej, kaže, da je del sposobnosti frontalne korteksa za nadzor izvršilne funkcije odvisen od njegove oddaljenosti od drugih delov možganske mreže.

"Ta študija napoveduje nov val omrežne znanosti, ki temelji na strogi kontrolni teoriji," je dejal soavtor Grafton, direktor Centra za slikanje možganov UCSB. "Ko smo uporabili najsodobnejše slikovne podatke o možganih, začnemo videti nekatere konstrukcijske kompromise, ki so del arhitekture možganskih povezav."

Regije, ki so najbolj medsebojno povezane - in zato bolj notranje povezane z omrežjem - so zelo dobre pri premikanju možganov v bližnje države - na primer, od pisanja nekoga po e-pošti do pogovora s to osebo po telefonu. "Kar je še posebej zanimivo, če pogledamo, kje so ta notranja vozlišča, so vsi v" privzetih načinih ", regijah, ki so aktivne, ko počivate," je dejal Bassett, nekdanji podoktorski raziskovalec v akciji Grafton. Laboratorij na UCSB. "To je smiselno, ker če bi načrtovali optimalni sistem, bi želeli postaviti njegovo izhodiščno točko, kjer lahko pride do večine krajev, kjer mora biti precej enostavno."

Po mnenju soavtorja Cieslaka je ta vrsta holističnega razumevanja odnosa med lokacijami regij možganov in njihovimi vlogami nujna za prilagoditev boljšega zdravljenja za ljudi, ki so izgubili izvršilno funkcijo zaradi bolezni ali poškodb. Opozoril je, da bi tako temeljno razumevanje o tem, kako možgani nadzorujejo njegovo dejavnost, pripomoglo k boljšim intervencijam za zdravstvena stanja, povezana z zmanjšanim kognitivnim nadzorom, kot so avtizem, shizofrenija ali demenca.