Egy évszázados paradigma felborult – az agy alakja többet számít, mint az idegi kapcsolat

A kutatók felfedezték, hogy az ember agyának alakja nagymértékben befolyásolja a gondolkodást, az érzést és a viselkedést, felforgatva a komplex idegi kommunikációra összpontosító hangsúlyt. Az MRI-vizsgálatok és az autokódolás elve alapján megállapították, hogy az agy működése szorosan összefügg geometriai tulajdonságaival, hasonlóan ahhoz, ahogy a hangszer formája határozza meg a hangját, új utakat biztosítva az agyműködés és a betegségek vizsgálatához.

Agyunk formája, nem pedig a különböző régiók közötti kölcsönhatások, kulcsszerepet játszik gondolataink, érzelmeink és tetteink befolyásolásában.

A tudósok több mint száz éve úgy gondolják, hogy gondolatainkat, érzéseinket és álmainkat az alakítja, ahogyan a különböző agyi régiók kölcsönhatásba lépnek a sejtkapcsolatok milliárdjaiból álló hatalmas hálózaton keresztül.

A Monash Egyetem Turner Institute of Brain and Mental Health kutatócsoportja által a közelmúltban végzett tanulmány azonban több mint 10 000 különböző emberi agyi tevékenység térképét vizsgálta, és felfedezte, hogy az egyén agyának általános alakja nagyobb hatással van a kognitív folyamatokra, érzelmekre és viselkedésre, mint a komplex idegi kapcsolat.

A tanulmány, amely nemrég jelent meg a tekintélyes folyóiratban, természet Összefogja a fizika, az idegtudomány és a pszichológia megközelítéseit, hogy megdöntse azt az évszázados paradigmát, amely a komplex agyi összekapcsolódás fontosságát hangsúlyozza, és ehelyett azonosítja az agy alakja és aktivitása közötti, korábban alulértékelt kapcsolatot.

Dr. James Pang, a vezető szerző és kutató munkatárs, a Turner Institute és a Monash Egyetem Pszichológiai Tudományok Karának munkatársa szerint az eredmények azért fontosak, mert nagyban leegyszerűsítették az agy működésének, fejlődésének és öregedésének tanulmányozását.

Alex Fornetto (balra) és James Pang több mint 10 000 MRI-képet tanulmányozott, hogy meghatározzák a fontos agyformát. Hitel: Monash Egyetem

„A munka lehetőséget nyit az olyan betegségek hatásainak megértésére, mint a demencia és a stroke, az agyforma modelljein keresztül, amelyekkel sokkal könnyebb dolgozni, mint az agyban lévő kapcsolatok teljes halmazának modelljeivel” – mondta Dr. Pang.

„Régóta azt gondoltuk, hogy bizonyos gondolatok vagy érzések bizonyos agyterületeken aktiválják az aktivitást, de ez a tanulmány feltárja, hogy a szervezett aktivitási minták szinte az egész agyban stimulálódnak, hasonlóan ahhoz, ahogy a hangjegyek a hegedűhúr teljes hosszában fellépő rezgésekből származnak, nem pedig csak egy elszigetelt részen” – mondta.

A kutatócsoport mágneses rezonancia képalkotást (MRI) használt a sajátmódusok tanulmányozására, amelyek a rendszer természetes rezgési vagy gerjesztési mintái, amelyekben a rendszer különböző részeit azonos frekvencián gerjesztik. Az automodulokat jellemzően fizikai rendszerek tanulmányozására használják olyan területeken, mint a fizika és a mérnöki tudomány, és csak nemrégiben adaptálták őket az agy tanulmányozására.

Ez a munka az agy sajátmódusainak hatékony létrehozásának legjobb módjának kidolgozására összpontosított.

Dr. Kevin Aquino, a BrainKey és a Sydney Egyetem társszerzője elmondta: „Ahogy a hegedűhúrok rezonanciafrekvenciáját a hosszuk, sűrűségük és feszültségük határozza meg, az agy sajátmódusait szerkezeti tulajdonságaik – fizikai, geometriai és anatómiai – határozzák meg, de a legfontosabb konkrét tulajdonságok továbbra is rejtélyek maradtak.”

A Turner Institute és az ARC School of Psychological Science munkatársa, Alex Fornetto által vezetett csapat azt hasonlította össze, hogy az agyalakmodellekből nyert szubjektív profilok hogyan magyarázhatják meg a különböző aktivitási mintákat, összehasonlítva az agyi kapcsolati modellekből nyert szubjektív profilokkal.

„Azt találtuk, hogy az agy geometriája által meghatározott sajátmódusok – körvonalaik és görbületük – jelentik az agyműködés legerősebb anatómiai korlátját, ahogy a henger alakja is befolyásolja az általa kibocsátható hangokat” – mondta Fornetto professzor.

„Matematikai modellek segítségével megerősítettük azokat az elméleti előrejelzéseket, amelyek szerint a geometria és a funkció közötti szoros kapcsolatot az agyban terjedő hullámszerű tevékenység vezérli, ahogyan a tó alakja is befolyásolja a lehulló kavicsok által alkotott hullámok hullámzását” – mondta.

„Ezek az eredmények felvetik annak lehetőségét, hogy az agy működését közvetlenül az alakja alapján megjósoljuk, új utakat nyitva annak feltárására, hogy az agy hogyan járul hozzá az egyéni viselkedésbeli különbségekhez és a pszichiátriai és neurológiai betegségek kockázatához.”

A kutatócsoport azt találta, hogy több mint 10 000 MRI aktivitástérképen, amelyeket az alanyok idegtudósok által az emberi agy feltárására kidolgozott különféle feladatok elvégzése során szereztek, a tevékenységet a szubjektív, nagyon hosszú hullámhosszú, 40 milliméternél nagyobb távolságra kiterjedő térbeli mintázatok uralták.

„Ez a megállapítás ellentétes a hagyományos bölcsességgel, amely szerint a különféle feladatok során végzett tevékenység gyakran a fokozott aktivitás fokális és elszigetelt régióiban történik, és azt mondja nekünk, hogy az agyi feltérképezés hagyományos módszerei csak a jéghegy csúcsát mutatják az agy működésének megértésében” – mondta Dr. Pang.

Hivatkozás: James C. Pang, Kevin M. Aquino, Marian Oldenkel, Peter A. Robinson, Ben de Fulcher, Michael Breakspeare, Alex Fornetto „Engineering Limitations on Human Brain Functions” „Engineering Limitations on Human Brain Functions”, 2023. május 31., elérhető itt. természet.
DOI: 10.1038/s41586-023-06098-1