Психолог в интернете Новости наук о человеке и психологическая помощь. Сайт психолога Андрея Гаврилова.
Множество борозд и углублений на поверхности мозга присущи только человеку, но от них часто отмахиваются как от не представляющего интереса результата размещения необычайно большого мозга в слишком маленьком черепе.
Но нейробиологи пришли к выводу, что эти складки – не просто артефакты, подобные тем, которые образуются, когда вы втискиваете спальный мешок в сумку для хранения. Глубина некоторых из самых маленьких из этих складок, по-видимому, связана с повышенной взаимосвязанностью в мозге и лучшей способностью к рассуждению.
В исследовании, опубликованном в Journal of Neuroscience, исследователи Калифорнийского университета в Беркли показали, что у детей и подростков глубина некоторых небольших бороздок коррелирует с усилением связности между областями мозга – латеральной префронтальной корой и латеральной теменной корой, – участвующими в рассуждении и других когнитивных функциях высокого уровня.
Борозды могут фактически сближать эти области в пространстве, сокращая расстояние между ними и ускоряя обмен данными.
Исследователи говорят, что изменчивость этих небольших бороздок, которые называются третичными бороздами, может помочь объяснить индивидуальные различия в когнитивных способностях и может служить диагностическими индикаторами или биомаркерами способности к рассуждению или нарушений нейроразвития.
“Поводом к проведению этого исследования послужило то, что мы увидели, что глубина бороздок коррелирует с мышлением у детей и подростков”, – говорит Сильвия Бунге, профессор психологии и сотрудник Института неврологии Калифорнийского университета в Беркли. “Учитывая наши предыдущие результаты, наш бывший аспирант Суви Хаккинен решил проверить, коррелирует ли глубина бороздок с эффективностью рассуждений, и могут ли паттерны скоординированной активности в боковой префронтально-теменной сети объяснить эту связь между глубиной бороздок и рассуждениями”.
“У нас были четкие прогнозы относительно того, какие третичные борозды в латеральной префронтальной коре будут функционально связаны с третичными бороздами в латеральной теменной коре, и это подтвердилось”, – добавляет Кевин Вайнер, доцент кафедры психологии и нейробиологии Калифорнийского университета в Беркли. “Оставив в стороне префронтальную и теменную кору, гипотеза заключается в том, что формирование борозд приводит к сокращению расстояний между связанными областями мозга. Это может привести к повышению эффективности работы нейронов, а затем, в свою очередь, к индивидуальным различиям в улучшении познания с их использованием”.
“Кора головного мозга втиснута в мозг в некотором роде беспорядочно – так меня всегда учили”, – говорит Бунге. “Появился Кевин и изменил мое мнение о бороздах”.
Холмы и долины мозга
Мозг большинства животных, в том числе млекопитающих, имеет гладкую поверхность. У приматов кора головного мозга покрыта холмами и впадинами. В то время как у одной группы приматов, обезьян Нового Света, называемых игрунками, борозды едва заметны, у людей они глубокие, и от 60% до 70% коры головного мозга скрыто в этих складках.
Складки коры головного мозга у человека также меняются с возрастом, приобретая свою окончательную структуру на поздних этапах внутриутробного развития и становясь менее заметными в пожилом возрасте.
“Хотя борозды могут меняться в процессе развития, становясь глубже или мельче, а серое вещество – тоньше или толще – вероятно, в зависимости от опыта, наша конкретная конфигурация борозд является устойчивым индивидуальным отличием: их размер, форма, расположение и даже, для некоторых борозд, их наличие или отсутствие,” – говорит Бунге, который изучает абстрактные рассуждения у молодых людей, начиная с 6-летнего возраста и заканчивая ранним взрослым возрастом.
Самые маленькие борозды, многие из которых характерны только для человека, называются третичными бороздами, потому что они появляются последними во время внутриутробного развития и никогда не бывают такими глубокими, как основные или первичные борозды, которые наиболее заметны на поверхности мозга.
Ученые предположили, что третичные борозды возникают в тех частях человеческого мозга, которые наиболее сильно расширились в ходе эволюции и имеют длительный период развития, и что они, вероятно, связаны с аспектами познания – рассуждениями, принятием решений, планированием и самоконтролем, – которые развиваются в течение длительного подросткового возраста.
Но до этого исследования не было доказательств связи между третичными бороздами и связанностью мозга. Исследование Калифорнийского университета в Беркли – одно из немногих за последние несколько лет, которое предоставило такие доказательства.
Борозды, связанные с познанием
Вайнер и Бунге рассказали, что, будучи студентами, их никогда не учили определять третичные борозды; они часто изучали снимки среднестатистического мозга, которые не соответствовали ни одному конкретному человеку.
Вайнер заметил это несоответствие еще будучи студентом.
“В то время я знал только то, что у меня есть какие-то кортикальные загогулины, которых не было в обычных атласах мозга, бывших у нас в лаборатории. Поэтому я спросил своих наставников, Сабину Кастнер и Чарли Гросса: “Обладаю ли я другими структурами, которых нет в наших атласах, или существуют ли структуры, отсутствующие в этих атласах?” – говорит он. “Это заставило меня на 15 лет углубиться в изучение одной конкретной третичной борозды в зрительной коре головного мозга”.
Эта работа показала, что у каждого человека длина определенной срединной веретенообразной борозды варьируется от 3 миллиметров до 7 сантиметров. Более того, чем длиннее борозда, тем лучше человек справляется с обработкой и распознаванием человеческих лиц.
“Примерно у 2% людей наблюдается прозопагнозия, вызванная развитием, то есть они не могут распознавать лица, но при этом у них нет повреждений мозга”, – говорит он.
“Эта борозда, особенно в правом полушарии, у таких людей короче и мельче, чем у тех, кого мы называем нейротипичными людьми из контрольной группы”.
Основываясь на результатах этого исследования, Бунге и Вайнер задались вопросом, коррелируют ли третичные борозды в других областях мозга, за пределами зрительных центров, также с когнитивными способностями. После переезда в Калифорнийский университет в Беркли в 2018 году Вайнер начал исследовать префронтальную кору головного мозга, расположенную в передней части мозга позади лба, в сотрудничестве с Бунге, который хотел проверить, связаны ли борозды в этой области с мышлением.
В статье, опубликованной в 2021 году, они совместно определили все более мелкие борозды в латеральной префронтальной коре и создали компьютерную модель, которая показала, что третичные борозды вносят наибольший вклад в способность к рассуждению.
“Модель показала, что в латеральной префронтальной коре мозга имеются третичные борозды, которые способствуют развитию у детей навыков рассуждения”, – говорит Вайнер.
Развивая эту работу в новом исследовании, Вайнер, Бунге и их коллеги тщательно каталогизировали третичные борозды в латеральной теменной коре, расположенной под и сразу за сводом черепа, и исследовали их функциональные связи с бороздами латеральной префронтальной коры.
В обоих исследованиях приняли участие 43 человека в возрасте от 7 до 18 лет, 20 из которых были женщинами. Во время проведения функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) участникам было предложено задание на рассуждение. Исследователи сосредоточились на мозговой активности в 21 бороздах, которые они идентифицировали в каждом полушарии мозга, и на функциональных связях между этими бороздами, включая, впервые, третичные борозды.
У этих людей большая глубина нескольких борозд, участвующих в рассуждениях, была связана с более высокой степенью централизации сети префронтальных и теменных борозд.
Опыт влияет на борозды
Бунге отмечает, что связь между глубиной борозд и рассуждениями распространяется не на все борозды и что глубина борозд может меняться с опытом.
“Считаем ли мы, что способность человека к рассуждению предопределена складчатостью его коры головного мозга?? Нет”, – говорит она. “Когнитивная функция зависит от вариабельности различных анатомических и функциональных особенностей, и мы знаем, что опыт, как и качество школьного обучения, играет важную роль в формировании когнитивной траектории человека, которая податлива, даже во взрослом возрасте”.
Лаборатория Вайнера создает компьютерную программу, которая поможет исследователям идентифицировать третичные борозды в мозге человека. Большинство программ идентифицируют только около 35 борозд, но если включить третичные борозды, то их будет более 100, говорит он, включая новые, которые были обнаружены совместно совсем недавно. Они утверждают, что борозды могут служить ориентирами для сравнения мозга разных людей, поскольку мозг каждого человека уникален.
“Только за последние пять лет были предложены десятки карт мозга, но они расходятся во мнениях относительно расположения связанных областей в коре головного мозга, и существуют несоответствия между областями на групповом и индивидуальном уровнях”, – говорит Вайнер. “Изучение сетевой архитектуры на основе индивидуальной морфологии борозд обходит эти разногласия и несоответствия, предоставляя возможность получить представление о локальной анатомии борозд на сетевом уровне, которая специфична для данного человека”.
в Telegram или ВКонтакте.
Помощь психолога
