К списку статей

Благодаря электрической активности нейронных сетей, скрытых в рельефной внешней поверхности мозга, мы ощущаем окружающую среду, используем и понимаем человеческую речь, отличаем добро от зла.

Что ж, тогда мантра биолога “форма отражает содержание” означает, что, когда мы изучаем структуру мозга, мы изучаем саму природу нашего существа.

Команда ученых использовала новый мощный сканер, чтобы с беспрецедентной решительностью внедриться в кору головного мозга и более глубокие его структуры. То, что они обнаружили, чрезвычайно их удивило: базовая структура мозга скорее представляет из себя простую трехмерную сетку, нежели сложный запутанный лабиринт поворотов и изгибов.

Новое открытие могло бы стать проводником для нейробиологов на их пути исследований формы и функций мозга и вести их к новым пониманиям организационных принципов мозга.

Сетчатая структура наблюдается в человеческом мозгу, а также в мозгу наших братьев-приматов. Сканирование мозга было произведено после смерти особей четырех разных видов обезьян – макаки-резус, мартышки, ночной обезьяны и галаго; а также было произведено сканирование мозга живого человека.

Изменяя масштаб изображения основных ветвей мозга, были последовательно обследованы другие ветви, перпендикулярно их пересекающие, образующие при этом двухмерные полосы наподобие шахматной доски. Эти двухмерные полосы, пересекаясь со смежными двухмерными полосами, образуют трехмерную сетку.

И тут выясняется, что данный сетчатый паттерн наблюдается не только в коре головного мозга, но и имеет продолжение в более глубоких слоях мозга, включая центры памяти и эмоций.

“Схема мозга не похожа на электропроводку, которая требует лишь правильного соединения конечных точек,” говорит Ван Веден (Van Wedeen), ученый из Мартинос Центра Биомедицинской Томографии и Гарвардской Медицинской Школы Главного Массачусетского Госпиталя и ведущий автор данного исследования. “Точнее сказать, сетчатая структура – это язык мозга; это структура, выполняющая работу по образованию нейронных соединений мозга, модифицируя его”.

Глубинные соединения мозга походят на аккуратно распределенные полосы «проводов». Сети образуются, когда эти группы параллельных нейронов пересекаются перпендикулярно.

Исследование, опубликованное в Science, представляет собой часть проекта «Human Connectome Project» - противоречивой, объединившей в работе многие исследовательские учреждения попытки создать совершенную схему нейронов мозга человека и нейронных связей.

Исследования химического трейсера в прошлых экспериментах с животными дали представление о сетчатой структуре, однако до настоящего момента ученые не имели возможности достичь такого уровня разрешения изображения. Но новый сканер «Connectom», установленный в Мартинос Центре в прошлом году, имеет разрешение в 10 раз большее, чем конвенциональные сканеры.

Сканер Connectom

Технология, получившая название диффузная спектральная томография (DSI) – вариант магнитно-резонансной томографии (MRI), в которой магнитное поле используется для составления схемы жидкости, содержащейся в нейронных волокнах, создавая таким образом схему из пересекающихся паттернов. DSI выполнялась и ранее, но Connectom использует гораздо более мощное магнитное поле для достижения своего 10-кратного прыжка в увеличении разрешения изображения.

Подобно скоординированной игре клавиш фортепиано, нейроны в сети должны быть активированы скоординировано, часто одновременно. Способ, которым мозг производит точно скоординированную активацию отдельных нейронов – важнейший вопрос сегодняшней нейробиологии.

Прямые линии и правильные углы нейронной сети могут означать, что метод связывания нейронов вместе структурально гораздо проще, чем это представлялось ранее. Сетка также помогает исследователям, предоставляя простую структуру “естественной координационной системы”, которая делает возможным изучение поведения нейронных сетей.

Открытие трехмерной структуры позволяет с большой вероятностью предполагать, что мозг взрослого человека работает по тем же правилам, по которым развивается и молодая кора головного мозга, т.е. нейронные пути протягиваются горизонтально, вертикально и перпендикулярно, что в итоге дает трехмерную сетчатую структуру.

Тот факт, что в молодом и зрелом мозгу наблюдаются одни и те же паттерны означает, что способ переплетения нейронных путей взрослого мозга подчиняется тем же базовым правилам, которые руководят мозгом еще в процессе эмбрионального развития. Т.е. сетка служит как трафарет, по которому формируются новые нейронные соединения под влиянием генетических, патологических или внешних факторов.

Чем больше людей подвергнется сканированию, тем больше возможностей будет у ученых оценить количественно, насколько создание нейронных соединений в мозге на этом уровне отличается между индивидуумами.

Томас Инзель (Thomas Insel), Директор Национального Института Ментального Здоровья, предполагает, что понимание этих различий откроет новые способы диагностики и лечения заболеваний мозга.

Эрик Кандель (Eric Kandel), лауреат Нобелевской премии 2000 года за свой труд по изучению памяти, написал: “То. Что мы привыкли называть сознанием, есть набор операций, выполняемых мозгом.” Исповедуя такой же редукционистский подход, проект «Human Connectome Project» ставит целью создать схему 100 миллиардов нейронных соединений человеческого мозга с беспрецедентным уровнем детализации в надежде, что новое видение структуры приведет нас к новым пониманиям функций мозга.

Галлерея фотографий мозга

Но пока трехмерная сетчатая структура, открытая текущим исследованием, без сомнения восхитительна; остается выяснить, какое практическое применение найдут новые знания.

Критики проекта «Human Connectome Project» сомневаются, что мэппинг структуры мозга поможет в продвижении понимания функций, и считают, что миллионы, инвестированные в проект, лучше было бы потратить на другие исследования.

Но даже такие критики не могут не восхищаться обнаруженной трехмерной сетчатой структурой мозга. Это уже само по себе прорыв в исследовании мозга, независимо от того, к каким дальнейшим пониманием это открытие приведет.

Источник: singularityhub.com/2012/08/16/scan-reveals-brains-structure-to-be-much-simpler-than-we-thought/

Оригинал: http://www.mindmachine.ru/articles/simpler-brains-structure.htm