Новое исследование показало, что глубина небольших борозд на поверхности мозга связана с более сильной сетевой связностью и лучшими способностями к рассуждению.
Многие борозды и ямочки на поверхности мозга уникальны для человека, но их часто считают не более чем следствием размещения необычно большого мозга в слишком маленьком черепе.
Однако неврологи обнаруживают, что эти складки — не просто артефакты, наподобие пухлых складок, которые вы получаете, запихивая спальный мешок в чехол. Глубина некоторых из этих самых мелких борозд, по-видимому, связана с повышенной связанностью в мозге и лучшими способностями к рассуждению.
В исследовании, опубликованном в журнале The Journal of Neuroscience, учёные из Калифорнийского университета в Беркли показали, что у детей и подростков глубина некоторых мелких борозд коррелирует с увеличением связности между областями мозга — боковой префронтальной корой и боковой теменной корой, — участвующими в рассуждении и других когнитивных функциях высокого уровня.
Борозды могут сближать эти области в пространстве, сокращая расстояния между ними и ускоряя передачу информации.
Исследователи предполагают, что вариабельность в этих мелких бороздах, называемых третичными sulci (произносится как «сал’-сай»), может помочь объяснить индивидуальные различия в когнитивных способностях и может служить диагностическим индикатором или биомаркером способностей к рассуждению или нарушений развития нервной системы.
«Импульсом для этого исследования стало то, что мы увидели корреляцию между глубиной sulci и способностями к рассуждению у детей и подростков», — говорит Сильвия Банге, профессор психологии и член Института нейронаук имени Хелен Уилс (HWNI) Калифорнийского университета в Беркли.
«Учитывая наши предыдущие находки, наш бывший научный сотрудник Суви Хяккинен стремилась проверить, коррелирует ли глубина sulci с эффективностью рассуждения, и проверить, могут ли паттерны координированной активности в латеральной префронтально-теменной сети объяснить эту связь между глубиной sulci и рассуждением», — продолжает она.
«У нас были явные прогнозы о том, какие третичные sulci в боковой префронтальной коре будут функционально связаны с третичными sulci в боковой теменной коре, и это подтвердилось», — добавил Кевин Вайнер, доцент кафедры психологии и нейронаук Калифорнийского университета в Беркли и член HWNI.
Складки и познание
Мозги большинства животных, включая млекопитающих, имеют гладкие поверхности. У приматов поверхность коры головного мозга покрыта холмами и долинами. В то время как у одной группы приматов, обезьян Нового Света, называемых мармозетками, борозды неглубокие, едва заметные, у людей они глубоко изрезаны, причём от 60% до 70% коры мозга спрятано в этих складках.
Модели складок коры головного мозга у людей также меняются с возрастом, устанавливая свою окончательную структуру в конце пренатального развития, становясь менее заметными в пожилом возрасте.
«Хотя sulci могут меняться в процессе развития, становясь глубже или мельче, а также развивая более тонкое или толстое серое вещество — вероятно, в зависимости от опыта, — наша особая конфигурация sulci является стабильным индивидуальным отличием: их размер, форма, расположение и даже для некоторых sulci — их присутствие или отсутствие», — говорит Банге, изучающая абстрактное мышление у молодых людей в возрасте от 6 лет до молодого взрослого возраста.
Самые мелкие борозды, многие из которых уникальны для человека, называются третичными sulci, потому что они появляются последними в пренатальном развитии и никогда не бывают такими глубокими, как основные или первичные sulci, которые наиболее заметны на поверхности мозга.
Учёные предполагают, что третичные sulci появляются в тех частях человеческого мозга, которые наиболее сильно расширились в ходе эволюции и имеют замедленное развитие, и что они, вероятно, связаны с аспектами познания — рассуждением, принятием решений, планированием и самоконтролем — которые развиваются в течение затянувшегося подросткового возраста.
Но до этого исследования доказательства связи между третичными sulci и связностью мозга отсутствовали. Исследование Калифорнийского университета в Беркли — одно из немногих, проведённых за последние несколько лет, которое предоставило такие доказательства.
Влияние опыта на sulci
Банге отмечает, что связь между глубиной sulci и рассуждением не характерна для всех sulci, и что глубина sulci может меняться в зависимости от опыта.
«Мы считаем, что способность человека к рассуждению не высечена на камне на основе складок коры головного мозга? Нет!» — говорит она. «Когнитивная функция зависит от вариабельности множества анатомических и функциональных особенностей, и, что важно, мы знаем, что опыт, например качество школьного образования, играет мощную роль в формировании когнитивной траектории человека и что она может меняться даже во взрослом возрасте».
Лаборатория Вайнера создаёт компьютерную программу, которая поможет исследователям идентифицировать третичные sulci в человеческом мозге. Большинство программ идентифицируют только около 35 sulci, но когда учитываются третичные sulci, их более 100, говорит он, включая новые, которые их лаборатории обнаружили вместе. Они утверждают, что sulci могут служить ориентирами для сравнения мозга у разных людей, поскольку мозг так сильно различается.
«За последние пять лет было предложено десятки мозговых карт, но они расходятся во мнениях относительно областей связанных регионов в коре головного мозга, и существуют несоответствия между группами и отдельными лицами», — говорит Вайнер.
«Изучение сетевой архитектуры на основе индивидуальной морфологии sulci устраняет эти разногласия и несоответствия, предоставляя возможность получить представление об уровне сети на основе локальной анатомии sulci, специфичной для данного человека».
Исследование поддержано Национальными институтами здравоохранения через гранты Национального института детского здоровья и развития человека имени Юнис Кеннеди Шрайвер и Национального института психического здоровья, а также Национальным научным фондом.
Источник: Калифорнийский университет в Беркли.