Что такое мышление? И как оно зарождается?

Исследователи Медицинского центра Ратгерса картировали нейронные связи головного мозга ^[1] 960 добровольцев в режиме реального времени. Эта карта показала, как быстрые и медленные нейронные процессы объединяются для создания сложного поведения. Ученые обнаружили, что внутренние нейронные временные масштабы, временные окна обработки информации для каждого участка мозга ^[1], напрямую формируются путями белого вещества. И само белое вещество распределяет сигналы по всему мозгу ^[1]. У людей с более полной синхронизацией между нейронными связями и синхронизацией локальной обработкой сигналов, мышление ^[1] было более здравым и целостным.

Фундамент мышления

Любопытно то, что паттерны быстрой и медленной работы разных участков мозга ^[1], а также способность этих участков к интеграции, обусловлены генетическими и молекулярными особенностями каждого человека. Причем точно такая же картина характерна и для мышей. А значит, открытый механизм фундаментален. Он объясняет нейробиологическую основу полученных результатов. А сами результаты выявили механистическую связь между архитектурой мозга ^[1], скоростью обработки информации и когнитивными способностями.

Исследование-первоисточник. Открытый доступ

Определение внутренних временных масштабов нейронной сети с использованием теории оптимального управления ^[2].

Автор: Линден Паркс ^[3]

Ключевые термины исследования

• Внутренние временные масштабы. Каждый участок мозга ^[1] обрабатывает информацию в течение собственного характерного временного окна. А в обработку включены как быстрые сенсорные сигналы, так и медленные интегративные паттерны сигналов.

• Интеграция связей. Сети белого вещества соединяют эти разные участки мозга ^[1], позволяя быстрым и медленным сигналам интегрироваться и выстраивать согласованное поведение.

• Индивидуальные различия. Люди, чья нейронная сеть лучше поддерживает коммуникацию в разных временных масштабах, обладают более высокими когнитивными показателями.

Источник: Ратгерский университет

Как работает мозг и где в нем зарождается мышление?

Человеческий мозг ^[1] постоянно обрабатывает, интерпретирует и реагирует на информацию, которая поступает с разной скоростью. К этому относятся как мгновенные реакции на внезапные изменения окружающей среды, так и более медленные, рефлексивные процессы, к которым относится понимание контекста или смысла.

Новое исследование, проведенное в Медицинском центре Ратгерса и опубликованное в журнале Nature Communications, проливает свет на то, как мозг ^[1] интегрирует эти быстрые и медленные сигналы в сложной сети связей белого вещества для реализации как когнитивного потенциала, так и поведенческих маркеров.

Различные области мозга ^[1] специализируются на обработке информации в течение определенных временных интервалов. Это свойство называют «внутренние нейронные временные масштабы», или сокращенно INT.

Чтобы влиять на окружающую среду через целенаправленные действия, наш мозг ^[1] должен объединять информацию, обработанную в разных участках мозга ^[1], да еще и в разных временных масштабах. И мозгу ^[1] это удается за счет использования белого вещества, которое поддерживает обмен информацией между участками мозга ^[1]. Именно эта интеграция между ними имеет решающее значение для поведения человека.

Линден Паркс, доцент кафедры психиатрии в Rutgers Health и старший автор исследования.

Это исследование напрямую соотносится с другим научным материалом, про топологические изменения в мозге ^[4], на протяжении жизни человека. Его перевод доступен в статье: «пять жизней мозга ^[5]». По сути, именно синхронизация и целостность связей между участками мозга ^[1] напрямую определяют «возрастные периоды» нашей жизни. И как именно возникает, развивается, замирает и угасает мышление ^[1].

Наглядная демонстрация природы мышления

Чтобы исследовать, как работает синхронизация в мозге ^[1], Линден Паркс и его команда проанализировали мультимодальные данные нейровизуализации 960 человек. Ученые создали подробные карты связности головного мозга ^[1] каждого человека, известные как коннектомы, и применили математические модели, описывающие, как сложные системы изменяются со временем. Этот акт чистого датаизма ^[6] помог понять, как информация передается по сетям в мозге ^[1].

Наша работа исследует механизмы, лежащие в основе этого процесса у человека, путем прямого моделирования интерференционных токов в различных областях мозга ^[1] на основе их связности. Это проясняет прямую связь между тем, как области мозга ^[1] обрабатывают информацию локально, и тем, как эта обработка распределяется по всему мозгу ^[1] для формирования поведения.

Линден Паркс, доцент кафедры психиатрии в Rutgers Health и старший автор исследования.

Исследователи из Ратгерского университета обнаружили, что распределение и синхронизация нейронных временных масштабов по коре головного мозга ^[1] играет решающую роль в том, насколько эффективно мозг ^[1] работает с крупномасштабными паттернами активности, связанными с поведением – то есть реализует в своей основе процесс «мышления». Важно также отметить, что эта организация различается у разных людей.

Мы обнаружили, что различия в скорости обработки информации объясняют разный уровень когнитивных способностей.

Линден Паркс, доцент кафедры психиатрии в Rutgers Health и старший автор исследования.

Белое вещество, генетика, молекулярные маркеры и сила воли. Все это объясняет мышление

Исследователи также обнаружили, что эти закономерности связаны с генетическими ^[7], молекулярными и клеточными особенностями областей мозга ^[1]. И все перечисленные факторы подтверждаются вскрывшимися фундаментальными нейробиологическими данными.

Аналогичные взаимосвязи наблюдались и в мозге ^[1] мышей, что позволяет предположить, что эти механизмы характерны для разных видов.

По сути, речь идет о фундаментальных корреляциях и даже каузациях между целостностью белого вещества головного мозга ^[1] и его локальными вычислительными свойствами. Люди, у которых структура головного мозга ^[1] способствует синхронизации разных участков, эффективнее обрабатывают быструю и медленную информацию. И, как правило, демонстрируют более высокие когнитивные способности.

Практическая значимость для понимания природы мышления

Основываясь на этих результатах, команда расширяет работу, изучая нейропсихиатрические состояния, включая шизофрению, биполярное расстройство и депрессию, исследуя, как нарушения связности головного мозга ^[1] могут изменять обработку информации.

Исследование проводилось в сотрудничестве с Аврамом Холмсом, доцентом кафедры психиатрии и ключевым сотрудником Института здоровья мозга ^[1] Ратгерского университета и Центра передовых исследований в области визуализации человеческого мозга ^[1]. А также с постдокторантами Ахмадом Беем и Эмбер Хауэлл, а также Джейсоном З. Кимом из Корнельского университета.

Ответы на ключевые вопросы

В: Как мозг ^[1] обрабатывает информацию, которая поступает с разной скоростью?

О: Разные участки мозга ^[1] функционируют в рамках собственных нейронных временных масштабов, обрабатывая быструю или медленную информацию в зависимости от своей специализации.

В: Что исследователи обнаружили в этих временных масштабах и когнитивных процессах?

О: У людей, чья структура белого вещества хорошо согласуется с требованиями к обработке информации от быстрой к медленной, наблюдается более эффективное переключение состояний мозга ^[1] и более высокие когнитивные показатели.

В: Почему это исследование важно для понимания заболеваний головного мозга ^[1]?

О: Нарушения в связности или организации временных масштабов могут изменять поток информации, что открывает возможности для изучения таких состояний, как шизофрения, биполярное расстройство и депрессия.

Больше материалов про исследование мышления ^[1], про работу с депрессивными и тревожными состояниями, обзор доступных инструментов и интеграцию мозга ^[1] с технологиями – вы найдете в сообществе Neural Hack ^[8]. Заглядывайте, чтобы держать под рукой полезный контент!