Переосмысление понимания мозговой активности

Понимание связи между мозговой активностью и поведением входит в число основных интересов нейробиологии. Более глубокое понимание этой взаимосвязи поможет ученым понять, как работает мозг на базовом уровне, и выявить, что конкретно идет не так при неврологических и психологических заболеваниях.

Один из способов изучения этой связи исследователями заключается в исследовании так называемых “состояний мозга” – паттернов нейронной активности или связности, которые возникают во время выполнения определенных когнитивных задач и достаточно распространены у всех людей, чтобы стать предсказуемыми.

Другим, более новым подходом является изучение мозговых волн – ритмичных, повторяющихся паттернов активности клеток мозга, вызванных синхронизацией между клетками.

В новой публикации два исследователя из Йельского университета предполагают, что эти два способа осмысления мозговой активности могут представлять собой не отдельные события, а два аспекта одного и того же явления. По сути, они говорят о том, что, хотя состояния мозга традиционно рассматриваются как моментальные снимки мозговой активности, а волны больше похожи на фильм, они фиксируют части одной и той же истории.

По словам исследователей, пересмотр этих двух подходов в этом контексте может помочь обеим областям получить взаимную пользу от методов и знаний и продвинуть наше понимание работы мозга.

Вдохновленная философией экологии, охраны природы и коренных народов Майя Фостер, аспирантка третьего курса факультета биомедицинской инженерии, начала воплощать эту идею в жизнь, когда присоединилась к лаборатории Дастина Шейноста, доцента кафедры радиологии и биомедицинской визуализации Медицинской школы Йельского Университета.

Они стали соавторами новой статьи, опубликованной в журнале Trends in Cognitive Sciences.

“Мы утверждаем, что состояние мозга не является чем-то одним, а представляет собой совокупность отдельных явлений, набор дискретных паттернов, которые возникают во времени предсказуемым образом”, – говорит она.

В интервью изданию Yale News Фостер и Шейност описывают свое предложение и обсуждают, как оно может помочь исследователям лучше понять тайны мозга. Это интервью для удобства было отредактировано и сокращено.

Когда вы начали задумываться о том, что это могут быть два аспекта одного и того же явления?

Майя Фостер: Я думала об этом еще до того, как пришла в эту лабораторию. Я читала книгу Терри Темпест Уильямс “Эрозия: очерки разрушения”, в которой она рассказывает о том, как созданные человеком механизмы, например, вертолеты, вызывают вибрации, прерывающие естественный пульс вещей, что приводит к разрушению таких объектов, как горные породы. Кроме того многие представители коренных народов верят, что у всего есть пульс. И это заставило меня задуматься о мозге и о том, есть ли у нас какой-то резонанс или вибрация, которые можно нарушить.

Затем я присоединилась к этой лаборатории, и Дастин позволил мне экспериментировать с множеством разных вещей. Во время одного из таких экспериментов я ввела некоторые данные в определенный анализ, и результаты выглядели похожими на волны, и возникали паттерны, которые затем повторялись. Это заставило меня заглянуть в целую кроличью нору исследовательской литературы, и я нашла множество подтверждений этой идеи о волновых паттернах в состояниях мозга.

В чем преимущества рассмотрения состояний мозга как волновых?

Майя Фостер: Я думаю, это создает синергию, в которой обе стороны – люди, изучающие состояние мозга, и специалисты по мозговым волнам – получают пользу, учась друг у друга. И, возможно, пробелы в знаниях, которые у нас есть сейчас, когда речь идет о том, как активность мозга связана с поведением, могут быть восполнены, если обе группы будут работать сообща.

Дастин Шейност: Мозговые волны – это новое в этой области, и они сложны. И каждый раз, когда вы можете взять что-то новое и связать это с чем-то старым (в данном случае с состояниями мозга), это дает вам естественную отправную точку. Вы можете взять с собой все, чему вы уже научились. Это все равно, что не выплеснуть воду вместе с младенцем. Нам не нужно отбрасывать состояния мозга. Они дали нам информацию, но вместе с ними мы можем пойти и в другом направлении тоже.

Как вы сейчас предлагаете исследователям рассматривать состояние мозга и мозговые волны?

Майя Фостер: Если заимствовать представления из физики, то, когда вы анализируете свет, он может быть дискретной точкой – фотоном – или может быть волной. И это один из способов, как мы можем думать об этом. Точно так же, в зависимости от того, как вы анализируете состояния мозга, вы можете получить статичные паттерны, очень похожие на фотоны, или, если вы смотрите на активность более динамично, определенные паттерны начинают возникать с течением времени более одного раза. Это похоже на что-то вроде волны.

Таким образом, мы утверждаем, что состояние мозга не является чем-то одним, а представляет собой совокупность явлений, набор дискретных паттернов, которые возникают во времени предсказуемым образом.

Например, если мы измерим четыре различных паттерна мозговой активности по мере того, как кто-то выполняет когнитивную задачу, то состояние мозга может выражаться в появлении первого паттерна, затем третьего, затем второго, затем четвертого, и эта последовательность может повторяться с течением времени. И когда это повторение прекращается, это означает конец определенного состояния мозга.

Видео: Йельский университет

Вы также проводите сравнения с музыкальной техникой, известной как “фуга”. Как это согласуется с тем, как вы визуализируете эти явления?

Майя Фостер: Я музыкант, вот откуда это взялось. В фуге есть основная мелодия, а затем эта мелодия возникает в музыкальном произведении в разных формах и форматах. Например, начинает играть мелодия, затем звучит какая-нибудь другая музыка, затем мелодия возвращается с тем же ритмом и временной последовательностью, но, возможно, в другой тональности.

Фуги цикличны и волнообразны, в них есть четкие группы нот, а также систематическое повторение и иногда и наслаивание основной мелодии. Мы утверждаем, что состояния мозга носят волновой характер, имеют четкие паттерны мозговой активности и демонстрируют систематическое повторение и наслоение последовательных паттернов.

Как, вы надеетесь, другие исследователи отреагируют на ваши аргументы?

Майя Фостер: Честно говоря, я была бы рада получить обратную связь. У нас есть доказательства того, что мы предлагаем, но когда дело доходит до реализации этих идей в будущем, было бы полезно обсудить, как это может работать. Существует множество различных стратегий, и мне интересно более широкое обсуждение того, как мы, исследователи, могли бы заняться изучением этого вопроса.

Каково это человеку, который уже некоторое время работает в этой области, когда студент приходит с такой новой идеей?

Дастин Шейност: Вы можете стать известным исследователем, и вам нужны новые идеи, новый творческий подход. Иногда они могут показаться странными, когда вы впервые их слышите. Но потом вы задумываетесь, и они начинают обретать форму. И это весело. В этом и состоит радость такой работы – слышать новые идеи и видеть, как люди их обсуждают.

Поделиться ссылкой