Индивидуальные модели связей в мозге помогут понять разницу между людьми

20 октября 2018

Архитектура нейронных связей у всех людей отличается, и с этим неразрывно связано то, насколько быстро они способны решать различные когнитивные задачи. Исследователи из Университета Буффало создали новый научный инструмент, который позволяет моделировать математические (электронные) макеты связей в мозге, основанные на результатах трактографии каждого конкретного человека. Подробности изложены в журнале PLOS Computational Biology.


Формирование нейронных связей в нашем мозге происходит как во внутриутробном развитии, так и в течение всей нашей жизни. И весь тот «рисунок», который получается в итоге, сугубо индивидуален, поскольку нет в развитии путей повторяющихся. Естественно, все люди из-за этого будут обладать, несмотря на общность происхождения, своими специфическими чертами и возможностями, например, в скорости мышления, запоминании и других когнитивных задачах.

Все это известно, но изучено до сих пор недостаточно. И ученые под руководством математика Сары Малдун (Sarah Muldoon) из Университета Буффало сделали такой инструмент, который позволил собрать данные об организации нервных трактов белого вещества в мозге конкретного человека, связности между собой разных его зон и построить из них виртуальную модель конкретного мозга для того, чтобы изучать на нем различные процессы и проверять действие тех или иных методик (например, ТМС). В работе основное внимание уделили именно взаимосвязям, то есть тому, как разные области взаимодействуют друг с другом и формируют поведение.

В этом исследовании изучили то, как мозг работает над языковыми задачами. Десяти добровольцам провели диффузную тензорную трактографию (метод диагностики,  вариант МРТ, позволяющий изучить положение нервных связей в мозге, их количество, направление и тд). Данные загрузили в программу и создали 10 индивидуальных математических моделей, на который в дальнейшем изучали in silico работу мозга. В первую очередь ученых интересовало то, как легко нейронные сети переходят в состояние активности, а также то, какие области мозга «объединяются», когда стимулируется левая нижняя лобная извилина на границе с височной долей (зона Брока, отвечающая за произнесение слов).

Оказалось, что уровень нейронной связности и «синхронности» напрямую влияет на то, как быстро люди могут выполнять языковые задачи. В этой работе изучались три: скорость и точность подбора аналогий (первый пришедший на ум глагол, подходящий к названному существительному); правильное заполнение пропуска слова в предложении и скорость чтения большого числа. При этом каждый участник выполнял каждую задачу несколько раз до и после сеанса транскраниальной магнитной стимуляции левой нижней лобной извилины.

Авторы считают, что разработка подобных персональных моделей мозговой активности может не только улучшить качество исследований в нейронауках, но и помочь развивать стимуляцию мозга в качестве лечения заболевания конкретного человека или в качестве средства, способного повышать производительность человека в различных задачах, опять же основываясь на его личных особенностях.

 


Текст: Анна Хоружая

Data-driven brain network models differentiate variability across language tasks” by Kanika Bansal, John D. Medaglia, Danielle S. Bassett, Jean M. Vettel, and Sarah F. Muldoon in PLOS Computational Biology. Published October 2018.

doi:10.1371/journal.pcbi.1006487

На фото: модель нейронных связей мозга in silico. Credit: Bansal et al., PLOS Computational Biology, October 2018

Картинка дня: напечатанный коннектом

Credit: Mediated Matter Group / MIT Media Lab Это — не компьютерная графика. Перед вами — результат новейшей технологии воксельной 3D-печати. 291,362 окрашенных волокон воспроизводят данные диффузной…

Томограмма дрозофилы в 3D

Итак, наконец-то задача 3D-картирования связей мозга решена. Правда, только для мозга мухи-дрозофилы. Команда Рюты Мизутани (Ryuta Mizutani) из Университета Токаи в японском Токио воспользовались методом,…

Нематоды помогут с недостатком дофамина

Принято считать, что современная медицина закончила с описательной частью. Все болезни и синдромы давным-давно уже описаны и открыты, осталось только их подробно изучить и понять,…

Нарколептические черви рассказали, зачем мы спим

Американские исследователи выяснили, какие функции в системе сна-бодрствования выполняют глиальные клетки мозга. Также работа, опубликованная в Cell Reports, показала влияние сна на развитие организма. C….

«Спринтерский» сон: организм — против

Многие люди грезят о том, чтобы поспать чуть дольше, чем обычно, так как чаще всего они спят гораздо меньше, чем рекомендуется для нормального самочувствия. При…