Glavni > Skleroza

Možganska karta

Vrteči se globus in "krpana odeja" na njem upodobljenih držav - tak zemljevid nam pomaga natančno razumeti, kje smo, pa tudi dejstvo, da se države in narodi med seboj razlikujejo in imajo zelo specifične meje. Zdaj se je podoben zemljevid pojavil na zunanji plasti možganov - njegove skorje, na kateri je bila vsaka hemisfera razdeljena na 180 ločenih "držav". Poleg tega sedemindevetdeset področij še nikoli ni bilo opisanih, kljub očitnim razlikam v strukturi, delovanju in pomembni povezanosti s sosedi. Nov možganski zemljevid objavljen v Nature.

Ilustracija: M. F. Glasser, D. C. Van Essen

»Vsako posamezno območje na zemljevidu vsebuje celice s podobnimi strukturami, funkcijami in odnosi. Toda te "regije" se med seboj razlikujejo kot različne države in imajo natančno določene meje ter edinstveno kulturo. ",

- ugotavlja David Van Essen, nevrolog na Medicinski fakulteti Univerze v Washingtonu v St. Louisu v Missouriju, ki je nadzoroval študijo.

Nevroznanstveniki že dolgo skušajo razdeliti možgane na manjše koščke, da bi bolje razumeli, kako delujejo kot celota. Eden najbolj znanih možganskih zemljevidov je skorjo razdelil na 52 regij na podlagi različne ureditve celic v tkivu (danes znanih kot Brodmannova polja). Novejši zemljevidi se opirajo na podatke magnetne resonance (MRI) - na primer funkcionalni MRI, ki meri pretok krvi kot odziv na različne miselne naloge..

Vendar je bila doslej večina teh "kartografskih" študij opravljena z eno samo vrsto meritev, ki, kot ugotavlja Thomas Yeo, nevroznanstvenik z Singapurske nacionalne univerze, ne samo da ne daje popolne slike o delovanju celotnih možganov, ampak lahko zavajajo raziskovalce. Novi zemljevid temelji na večkratnih meritvah z magnetno resonanco, ki maksimizirajo osredotočenost na kortikalna območja in jih tako pomagajo najbolje oceniti.

Delite in vladajte

Za izdelavo zemljevida je ekipa pod vodstvom nevroznanstvenika Mathewa Glasserja z medicinske fakultete Univerze v Washingtonu v St.... Študija je vključevala podatke o debelini skorje, delovanju možganov, aksonskih povezavah med regijami, topografski organizaciji celic v tkivu in vsebnosti mielina, snovi, ki je odgovorna za električno izolacijo aksonov..

Glasser je možgansko skorjo zoniral po principu pomembnih sprememb dveh ali več lastnosti, s katerimi je na zemljevidu "postavljal" meje. Obdelava podatkov je bila izvedena z uporabo algoritmov strojnega učenja.

"Če počasi" plazite "po površini skorje, boste na neki točki našli kraj, kjer se lastnosti začnejo spreminjati, ali celo takšnega, kjer je na istem mestu več neodvisnih sprememb.",

Tehnika je potrdila prisotnost 83 prej znanih možganskih regij in identificirala še 97 novih. Znanstveniki so zemljevid preverili z opazovanjem dela teh regij pri 210 ljudeh. Ugotovili so, da je zemljevid dovolj natančen, vendar se velikost njegovih območij od osebe do osebe nekoliko razlikuje. Te razlike bodo pomagale na nov način razumeti individualno variabilnost kognitivnih sposobnosti in prepoznati tveganja za razvoj bolezni..

Rob dosegljivega

"Medtem ko je bilo to delo osredotočeno na ustvarjanje lepe in povprečne možganske predloge, resnično odpira priložnost za nadaljnje raziskovanje unikatnih kombinacij posameznih lastnosti z intelektualnimi in ustvarjalnimi sposobnostmi, to je tisto, zaradi česar je vsak od nas edinstven.",

- pravi Rex Jung, nevropsiholog z univerze v Novi Mehiki v Albuquerqueu.

Toda z vsemi očitnimi plusi obstajajo tudi minusi: kartica je omejena na več pomembnih vidikov. Najpomembneje pa je, da zelo malo govori o biokemični osnovi možganov ali o aktivnosti posameznih nevronov, njihovih majhnih skupin.

»To je kot fantastičen zemljevid Google Earth, ki lahko celo prikaže vaše območje mesta ali celo vaše dvorišče. Ne morete pa upoštevati, kako se premikajo vaši sosedje, kam se bodo preselili in kakšno delo imajo. ",

Glasser predlaga, da bo ta projekt postal različica 1.0..

"To ne pomeni, da je ta različica dokončna, toda to, kar smo dobili zdaj, je veliko boljše od tistega, kar smo imeli prej.",

- utemeljeno ugotavlja znanstvenik.

Multimodalna parcelacija človeške možganske skorje

Matthew F. Glasser, Timothy S. Coalson, Emma C. Robinson, David C. Van Essen in drugi.

Narava (2016) doi: 10.1038 / nature18933

  • Prijavite se, če želite komentirati
  • Prijavite se, če želite komentirati
  • Prijavite se, če želite komentirati
  • Prijavite se, če želite komentirati
  • Prijavite se, če želite komentirati

Nova strukturna in funkcionalna karta deli možgansko skorjo na 180 področij.

Možganska skorja je izjemno zapletena - njeni različni deli se med seboj razlikujejo tako po funkciji kot po celični strukturi. Seveda so tisti, ki so začeli preučevati možgane, zelo kmalu potrebovali "zemljevid terena" za možgansko skorjo, sistem citoarhitektonskih polj, ki ga je leta 1909 objavil nemški nevrolog Corbinian Brodmann, pa je postal nekakšen zlati standard..

  • 1.
  • 2.

Ta polja se razlikujejo po morfologiji celic in po načinu nalaganja celic v njih med seboj (torej v celični citoarhitektoniki). Področja Brodmanna so se izkazala za izjemno koristna, vendar imajo še vedno nekaj pomembnih pomanjkljivosti..

Najprej je Brodman sam zgradil svoj zemljevid na materialu samo enega možgana, ki je bil posnet pokojni osebi. Nato je bila struktura kortikalnih polj razjasnjena z bolj raznolikim materialom, čistim morfološkim parametrom pa so bile dodane funkcije: za kaj je eno področje odgovorno, za kaj odgovorno drugo itd. Kolikor več pa so nevroznanstveniki izvedeli o možganih, toliko jasneje je postalo, da je možganska skorja je treba preslikati z več funkcijami hkrati.

Tega dela so se lotili Matthew F. Glasser in sodelavci z univerze Washington, St. Louis, Oxford, University of Minnesota in University of Nijmegen. Posneli so vrsto podatkov magnetne resonance (MRI), zbranih v okviru projekta Human Connectome (spomnimo se, da je cilj projekta Human Connectome v celoti opisati strukturo povezav v naših možganih).

Raziskovalce so zanimali rezultati strukturne magnetne resonance, ki omogoča, da se na primer ugotovi debelina določenih delov skorje in druge podobne značilnosti, ter funkcionalna magnetna resonanca, s katero je mogoče videti funkcijo določenega področja možganov. V tem primeru lahko možgani med skeniranjem počivajo, nato pa bomo ločili njegovo osnovno funkcionalno topografijo ali izvedli neko nalogo - in potem bomo videli, katera področja delajo na določenem postopku. Za izdelavo novega zemljevida skorje smo uporabili podatke fMRI, pridobljene med izvajanjem sedmih nalog, od avdio testov do matematičnih nalog..

Tako je moral algoritem, ki je iskal funkcionalna polja v skorji, delovati z več parametri, strukturnimi in funkcionalnimi. Posledično je bilo na vsaki polobli mogoče najti kar 180 polj, od katerih je bilo 83 že opisanih v literaturi, 97 pa doslej neznanih.

Algoritem je deloval z rezultati MRI slik 210 prostovoljcev Human Connectom in takoj se je postavilo vprašanje, ali bi bilo mogoče enaka področja določiti pri drugih ljudeh? Se bo izkazalo, da je zemljevid 180 polj smiseln samo za tistih dvesto ljudi, ki so trenirali zgornji algoritem??

Toda ko so poskušali analizirati nabor podatkov MRI od "neznancev", so bile njihove cone skorje določene na približno enak način. Poleg tega so avtorji dela lahko ugotovili tudi posamezne razlike med nekaterimi področji. (Za vsak slučaj naj razjasnimo, da posamezne razlike ne pomenijo, da so možgani enega zasnovani tako, druga pa možgani - drugače pač, območja lahko delujejo z različno učinkovitostjo in so v določeni meri razvita; na podoben način, če vidimo visoko osebo in nizko raven, ne rečemo, da imajo drugačne načrte stavb.)

Očitno bo nov zemljevid (opisan v članku v Nature) prišel prav tako v temeljni znanosti kot v medicini. Res je, da ima tudi svoje pomanjkljivosti, povezane predvsem z dejstvom, da ima MRI še vedno premalo prostorske ločljivosti, torej možgansko skorjo dejansko lahko razdelimo na še večje število polj..

Po drugi strani pa je še treba videti, kako je novih 180 con strukturiranih na ravni celic, sinaps in njihovih molekularnih značilnosti. In končno, ne pozabimo na nedavno delo, ki je postavilo pod vprašaj tisoče in tisoče rezultatov slikanja z magnetno resonanco - upajmo, da novi zemljevid skorje zaradi te izpostavljenosti ne bo preveč trpel..

Preberite tudi:

Zakaj fMRI vidi, kaj ni

Možganska tomografija pogosto daje lažno pozitivne rezultate zaradi posebnosti svoje programske opreme, ki vidi neobstoječe podobnosti med različnimi deli možganov..

Zemljevid človeških možganov

Možgani so tisto, kar nas ločuje od drugih živali. Omogoča nam razmišljanje, komuniciranje, učenje in spomin. V možganih so tudi »človeške« lastnosti - ljubezen, sočutje, usmiljenje in radodarnost. Slikarstvo, poezija, glasba in drama - vsi umetniški dosežki človeštva prihajajo iz možganov.

Nadzor živcev
Od podolgovate medule in sosednjih predelov križišča se odcepi 12 parov lobanjskih živcev, ki služijo senzoričnim in motoričnim potrebam glave, vratu, prsnega koša in trebuha. Štejejo se od spredaj nazaj in od zgoraj navzdol, označujeta jih tako ime kot rimska številka: vohalni (I), vidni (II), okulomotorni (III), blok (IV), trigeminalni (V), ugrabitelji (VI), obrazni (VII), slušni (VIII), lingofaringealni (IX), vagusni (X), dodatni (XI) in podjezični (XII).

Dva možgana v enem
Eksperimentalne študije na Kalifornijskem tehnološkem inštitutu pri ljudeh z razdeljenimi možgani (po operaciji na kalozumskem telesu) so pokazale, da obe strani možganov različno obdelujejo informacije. Ena stran je specializirana za simbole in logiko, druga pa strokovnjak za modeliranje in zaznavanje prostora.
Razmišljanje o levi polobli je analitično (razdelitev konceptov na dele), linearno (korak za korakom) in besedno (pisno in ustno). Gradi stavke in rešuje enačbe. Razmišljanje o desni polobli je sintetično (dodajanje pojmov), celostno (združuje povezave v eno celoto) in povezano z domišljijo (vizualno mišljenje s pomočjo "mentalnega pogleda"). Posluša glasbo in zazna tridimenzionalne predmete. Leva stran možganov je človeku dala znanost in tehnologijo; desna stran je odgovorna za umetnost in ustvarjalno domišljijo.
Tako je delovanje kalozemskega telesa zdaj razumljeno, večinoma obstaja zato, da združi zavest in pozornost ter dve hemisferi omogoča ločevanje učenja in spomina. Za svoje delo je Sperry leta 1981 prejel Nobelovo nagrado.
Slika 2.

Iz zgodovine možganske navigacije
Vsi zvitki in utori človeških možganov so že dolgo poimenovani in opisani. V nevroanatomskih atlasih je ista siva možganska skorja pobarvana v različne barve. Ta barvna karta je stara več kot sto let. In sama ideja, da so duševne funkcije lokalizirane na različnih mestih na površini človeške možganske skorje, se je pojavila na prelomu med 18. in 19. stoletjem. Nemški zdravnik Franz Gall (1758–1828) je ustvaril tako imenovane frenološke karte možganov, kamor je umestil lastnosti duše, ki jih je imenoval »sposobnosti duše«. Z vidika sodobne znanosti so Gallovi presenetljivi zemljevidi plod sklepov, ki ne temeljijo na eksperimentalnih podatkih, temveč le na njihovih lastnih opažanjih. Vendar pa so se znanstveniki že dve stoletji borili za uresničitev njegove ideje..

Slika 3. Frenološki zemljevidi Gall-a.

Slika 4. Zemljevid projekcij delov telesa na postcentralno (A) in precentralno (B) skorjo možganskih polobel. Senzorični (A) in motorični (B) homunkulus.

Predstavitev čutnih organov v človeški skorji.

Asociativna polja so pri ljudeh najmočneje razvita, zlasti
tiste med njimi, ki se nahajajo v čelnem režnju, fiziologi z njimi povezujejo najvišje manifestacije psihe - razmišljanja, intelekta. Sredi 19. stoletja sta francoski znanstvenik Paul Broca in nemški psihiater Karl Wernicke odkrila dve področji na levi polobli človeških možganov, ki sta povezani z govorom. Ko je Brocino območje poškodovano - v zadnji tretjini spodnjega čelnega girusa je bolnikov govor oslabljen, če je prizadeta Wernickejeva cona - v zadnji tretjini zgornjega časovnega girusa lahko bolnik govori, vendar njegov govor postane prazen.


Slika 5. Predstavitve čutnih organov v človeški skorji.
1 - vizualno območje;
2 - slušno območje;
3 - območje občutljivosti kože;
4 - motorno območje;
5 - vohalno območje.

Slika 6. Centri Brock in Wernicke Centri.

Zemljevidi človeških možganov
Možgani so najbolj zapleten, a najmanj preučen organ. Deli lahko naštejemo, vendar je naše znanje o tem, kaj posamezen del počne ali kako, skromno. Poskusimo ugotoviti nekaj težav in po zemljevidih ​​potovati po vijugastih poteh možganov.

Ko se možgani sprostijo od močne pozornosti, ki jo kažejo močno stisnjeni gama valovi na EEG, do njegovega "ležečega" vzorca, ki ga zaznamujejo počasni alfa ritmi, je to faza, na kateri se pojavljajo nove ideje. Spodbude, ki bi jih sicer lahko prezrli, lahko vstopijo v zavedanje in lahko odmevajo z mislimi, spomini in obstoječim znanjem..

Individualnost
Raziskave možganov so pokazale, da je človekovo osebnost mogoče določiti z dejavnostjo v različnih možganskih regijah..
Oseba z "občutljivimi" možgani - tista, ki se bolj odziva na zmerne dražljaje - je manj verjetno, da jo bodo ekstremni športi zanimali kot ljudje z "neobčutljivimi" možgani, ki potrebujejo veliko vzburjenja, da ustvarijo enako stopnjo navdušenja..

V možganih Einsteina, odstranjenih po njegovi smrti, so odkrili manjkajočo depresijo, ki teče skozi parietalno območje. Območje, ki se ga dotakne, se nanaša na matematiko in prostorsko sklepanje, verjame pa se, da je zaradi manjkajoče vdolbine nevroni na tem območju lahko lažje komunicirali. Če je tako, je to lahko razlog za njegov izjemen talent..


Slika 9. Kako delujejo človeški možgani? (Kako delujejo človeški možgani -http: //www.newscientist.com/movie/brain-interactive - interaktivni zemljevid)

Levi in ​​desni možganski talenti
Leva polovica možganov je odgovorna za logične operacije, štetje in zaporedje, medtem ko desna polobla nadzoruje pobudo in ustvarjalnost..

Možgani in telo so povezani na naslednji način: desna polobla nadzoruje levo polovico telesa, leva polobla pa desno polovico. Treniram levo stran telesa, treniramo ustvarjalni reženj, desno pa logični možganski del.

Večina ljudi ima posebno poloblo, ki prevladuje. To je posledica posebnosti izobraževalnih sistemov: v večji meri usposobiti eno od polobel. Otrok od rojstva skoraj enako (skladno) uporablja sposobnosti, ki so značilne za različne dele možganov. Nato se zaradi enosmerne narave sodobnih izobraževalnih ustanov ena polobla dvigne. Na primer, v matematičnih šolah je ustvarjalno mišljenje malo razvito, čeprav je matematika najbolj kreativna znanost. In v glasbenih šolah ali zimskih vrtovih logično razmišljanje redko trenirajo. Posledično ima veliko ljudi le eno poloblo..


Slika 10. Talenti levega in desnega možganskega režnja (-http: //hiddentalents.org/brain/113-maps.html - podroben opis vsakega območja (angleščina))

To kršitev je mogoče zlahka odpraviti, saj se naše veščine izurijo s prakso. Na primer, Leonardo da Vinci se je naučil enakovrednega nadzora z obema rokama (torej je bil hkrati levičar in desničar).

Obstajajo preprostejše vaje za optimizacijo obeh polobel, da postanete bolj harmonična oseba. Kadar koli lahko naredite naslednjo vajo: vstanite, poravnajte hrbet, dvignite levo koleno in se ga dotaknite z desno roko. Spustite levo nogo, dvignite desno koleno in se ga dotaknite z levo roko. In tako večkrat s tempom, ki je primeren za vas. Na začetku ljudje s samo eno poloblo morda ne bodo mogli izvajati te vaje s hitrim tempom. Začnite torej počasi, postopoma stopnjujte tempo..

Če se z rokama izmenično dotikate nasprotnih kolen, hkrati vklopite obe polobli in jih s tem usposobite za bolj harmonično delovanje.

Zaključek
Naloga odstranjevanja belih madežev z možganskega zemljevida in povečanje njegove ločljivosti je veliko težja kot zapolnitev praznih mest v geografiji. Še posebej, ko gre za človeške možgane in najvišje manifestacije človeške psihe. Ali je res mogoče na površje možganov projicirati človeška čustva, napetost misli in muke ustvarjalnosti? Ali bo mogoče kdaj reči: ta cona je odgovorna za odločanje, ta skupina celic je odgovorna za občutek lepote, tu zavida gnezdi in tu se začne cona ljubezni?

"Pravilneje bi bilo govoriti ne o kartiranju možganov, temveč o kartiranju možganskih funkcij," pojasnjuje S.V. Medvedev. - Naloga je določiti, kje se nahajajo nevroni, ki sodelujejo pri reševanju določene naloge, in razumeti, kako ti deli možganov medsebojno delujejo. Končno je super naloga za nevrofiziologa - cilj, do katerega smo še zelo oddaljeni - povezati dogodke v možganih s tem, kar človek misli, razvozlati kode višje živčne dejavnosti. ".

Kako možganske celice preslikajo spomine?

Človeški spomin je selektiven in za to obstaja veliko razlogov. V zadnjem času so nevroznanstveniki odkrili nenavaden vidik delovanja našega spomina. Ko si možgani zapomnijo informacije, ki se nanašajo na določeno lokacijo, posamezni nevroni ciljajo na določene spomine. "Ključna značilnost spomina je naša sposobnost selektivnega priklica določenih dogodkov, tudi če so se zgodili v istem okolju kot drugi dogodki," pišejo znanstveniki v prispevku, objavljenem v reviji Nature Neuroscience.

Tako je videti zemljevid nevronov v človeških možganih.

Kako možgani izbirajo spomine?

Na vprašanje, ali priporočite pot potovanja za mesto, ki ste ga pogosto obiskovali, vam bodo morda padli na pamet izbrani delčki spominov na kraje z različnih potovanj. Raziskovalci z več univerz, vključno z univerzo Columbia v New Yorku in univerzo Emory v Atlanti (ZDA), so preučevali posamezne nevrone - tako imenovane "spominske celice" - 19 bolnikov, ki so bili operirani na možganih zaradi epilepsije.

Bolniki so opravili nalogo za oceno dela prostorskega spomina. Med nalogo so preiskovance položili na cesto z očali za navidezno resničnost (VR) in jih prosili, naj ob trku z določenimi predmeti pritisnejo gumb. V okviru naloge so raziskovalci udeležence prosili, naj se sprehodijo po poti in označijo lokacijo oddaljenega predmeta. Z raziskovanjem medialnega temporalnega režnja (MTL) in zlasti entorinalne skorje so znanstveniki ugotovili, da so celice, ki spremljajo spomin, "prostorsko uglašene" na določeno lokacijo in nato lahko prejmejo informacije o lokaciji, ki si jih mora oseba zapomniti..

Katere druge neverjetne vidike spomina poznate? O tej temi lahko razpravljate v komentarjih in z udeleženci našega klepeta na Telegramu.

Znanstveno delo kaže, da nevroni v človeških možganih spremljajo dogodke, ki se jih namerno spominjamo, in lahko spremenijo svoje vzorce delovanja, da ločijo med spomini. So kot pike na Googlovem zemljevidu, ki označujejo kraje, kjer so se zgodili pomembni dogodki v vašem življenju. To odkritje bi lahko služilo kot potencialni mehanizem za našo sposobnost selektivne uporabe različnih izkušenj iz preteklosti in strokovnjakom pomagalo razumeti, kako ti spomini vplivajo na prostorski zemljevid človeških možganov..

Tako je videti aktivni nevron.

V preteklosti so znanstveniki že poskušali ugotoviti, kako to narediti. Ugotovili so, da so celice nevronske mreže zelo pomembne za delo prostorskega spomina, saj deluje na podoben način kot sistem GPS. Prostorska nastavitev nevronov je ideja, da se posamezni nevroni "sprožijo, da predstavljajo lokacijo v okolju med navigacijo." Prejšnje delo je domnevalo, da prostorsko nastavljene celice prerazporedijo svoje vzorce izstrelitve v različnih okoljih, zato so dogodki, ki se zgodijo na različnih lokacijah, povezani z različnimi prostorskimi zemljevidi, «pojasnjujejo raziskovalci..

Preberite najnovejše novice iz sveta znanosti in visokih tehnologij na našem kanalu v Yandex.Zen.

Na podlagi tega dela so znanstveniki domnevali, da bodo posamezni nevroni v MTL, še posebej v entorinalni skorji, imeli nekakšno "prostorsko nevronsko poravnavo" po vzoru preteklih izkušenj. Izkazalo se je, da človeški možgani ustvarijo pravi zemljevid spominov..

Poleg avtizma, depresije in shizofrenije ima lahko človek tudi številne bolezni in sindrome. Na primer, nekateri ljudje na Japonskem trpijo zaradi tako imenovanega "pariškega sindroma" - občutijo tesnobo ob pogledu na Francoze. Stockholmskega sindroma na splošno ne prepoznajo kot duševno bolezen, čeprav stanje, ko žrtev čuti sočutje do ugrabitelja in se celo postavi na njegovo mesto, očitno ni [...]

Kljub dokaj spodobni stopnji razvoja sodobne medicine še vedno obstajajo bolezni, s katerimi se zdravniki ne morejo popolnoma spoprijeti. Ena od teh bolezni je Alzheimerjeva bolezen, med katero se bolnikov spomin postopoma poslabša. Težko ga je zdraviti v veliki meri, ker ga praviloma odkrijemo v precej poznih fazah. Zato so zdravniki že dolgo [...]

Če včasih v sanjah vidite dogodke iz preteklosti, potem morda to drži z razlogom. Izkazalo se je, da med spanjem možgani delajo na utrjevanju in organiziranju spominov. Pravzaprav znanstveniki že dolgo vedo, da možgani potrebujejo spanec, da bi se znova posvetili dnevnim dogodkom in jih prenesli v dolgoročno hrambo spominov. Zato pred izpitom študentje [...]

Zaznamek: Virtualni pomenski možganski zemljevid

Interaktivni 3D model, ustvarjen s pomembnim namenom

  • 29. aprila 2016
  • 5922
  • 0

V NOVEM RAZDELKU "V ZVEZAH" začnemo govoriti o spletnih mestih in spletnih storitvah - tako uporabnih kot povsem neuporabnih, a smešnih in neverjetnih - ki jih je treba dodati med priljubljene.

gallantlab.org

Človeški možgani so neverjeten sistem, zato so študije, ki razlagajo, kako deluje ta organ, tako priljubljene. Znanstveniki s kalifornijske univerze v Berkeleyju so sestavili interaktivni 3D možganski zemljevid, ki prikazuje, kateri deli naših možganov se odzovejo, ko slišimo določeno besedo. In to lahko gledate zelo dolgo.

Sedem prostovoljcev, vključno z raziskovalci, je več kot dve uri poslušalo zgodbe iz ameriške radijske oddaje "The Moth Radio Hour". V tem času so raziskovalci z uporabo magnetne resonance analizirali aktivnost možganov prostovoljcev in bili pozorni na to, katera področja možganov se odzivajo na pomen besed - njihova semantika.

Semantični slovar, ki v naših mislih povezuje besede z njihovimi pomeni, je razdeljen po možganski skorji na obeh poloblah. Znanstveniki so ugotovili, da je vsak del možganske skorje povezan z več besedami na podobno temo - na primer s kategorijami "družina", "zgradbe" ali "oblačila". Izkazalo se je, da je lokacija nekaterih semantičnih polj v korelaciji s funkcijo, ki jo ta področja možganov opravljajo: na primer področja možganov, ki so blizu vidne skorje, se odzivajo na vizualne koncepte, na primer na imena barv. Na večznačne besede se lahko odzove več delov možganov hkrati - odvisno od enega ali drugega pomena besede. Odtenki lokacije semantičnih polj v možganih vsakega udeleženca študije so bili različni, vendar so bile skupne značilnosti.

Tridimenzionalni model vam omogoča, da vidite, na katere besede se odziva določen del naših možganov. Vsako pomensko polje v atlasu je označeno z lastno barvo: na primer področja možganov, ki se odzivajo na besede, povezane z vidnim zaznavanjem, so označena z zeleno, področja, ki se odzivajo na besede, ki označujejo dele telesa, pa z rumeno. S klikom na področje možganov določene barve lahko vidite posebne besede, na katere so se odzvali udeleženci raziskave. Kljub temu, da je vse skupaj videti kot zabavna igra, so cilji znanstvenikov veliko bolj resni: upajo, da bo ta študija pomagala ljudem z amiotrofično lateralno sklerozo, ki ne morejo govoriti, da začnejo komunicirati z drugimi z računalnikom..

3D možganska karta

Veliko znanja, ki ga pridobimo s preučevanjem sveta okoli sebe, po stopnji kompleksnosti ni mogoče primerjati s človeškimi možgani. Na tisoče znanstvenikov preučuje možgane in svetu prikaže veliko zanimivih dejstev in odkritij. Če je vaša dejavnost povezana z nevrofiziologijo ali se na kakršen koli način prekriva s preučevanjem človeških možganov, imate priložnost, da se seznanite s tridimenzionalnim zemljevidom človeških možganov..


Zemljevid so ustvarili kanadski in nemški znanstveniki, ki sodelujejo v projektu Veliki možgani. Rezultati njihovega dela, ki je trajalo skoraj 10 let, so objavljeni v zadnji številki Science.



Če želite začeti delati z možganskim zemljevidom 3D, morate registrirati račun na spletnem mestu projekta BigBrain LORIS Database.

"Naš zemljevid je podoben zemljevidom Google Earth, lahko vidite podrobnosti, ki jih pred 3D rekonstrukcijo ni bilo mogoče videti," pravi Katrin Amunts, ena od udeleženk projekta..

In za tiste, ki šele začenjajo svoje "spoznavanje možganov", bo zanimivo prebrati zanimiva dejstva o možganih:
• Zaradi sposobnosti svojih možganov si človek lahko zapomni le 7 predmetov hkrati. To ni povsem res. In evo zakaj: v svojem "arzenalu" senzorični pomnilnik, ki lahko shrani informacije do 10 sekund, ima kratkoročni in dolgoročni spomin (te oblike pomnilnika lahko primerjamo s pomnilnikom računalnika, kratkoročni pomnilnik je operativni pomnilnik, dolgoročni pomnilnik pa hrani velike količine informacij, primerljivih z podatki, shranjeni na trdem disku), si bo oseba s povprečnimi sposobnostmi zapomnila do sedem predmetov hkrati, toda oseba z izurjenim spominom si lahko zlahka zapomni devet ali več predmetov hkrati;

• Človeško oko zaradi receptorjev, ki so v njem, razlikuje med modro, zeleno in rdečo barvo. Toda to ne pomeni, da bodo možgani zaznali informacije o barvi, ki jo zazna oko. Možgani prejmejo samo informacije o svetlih ali temnih oblikah. Na primer, rumena se običajno nahaja na vmesnih frekvencah v vidnem spektru. Morda se zato stopnja zapomnjenosti s pomočjo rumene poveča in svetuje, da vodijo zapise v tej barvi;

• Podzavest v veliki meri nadzoruje človeka. Če človek zavestno stori le do 30% svojih dejanj, potem je preostanek za njegova dejanja "kriv" za njegovo podzavest. Mislite, da sami uravnavate lenobo? Sploh ne obstaja. To je vaša podzavest, ki se upira, "izzove" konflikt med vami in podzavestjo, upira se vašim načrtovanim dejanjem. Premagati svojo podzavest je nemogoča naloga;

• Z duševnim delom se izognemo utrujenosti. Sestava krvi, ki teče v krvnem obtoku človeškega telesa, je drugačna. Dokazano je, da sestavo venske krvi dopolnjuje "toksin za utrujenost", sestava krvi, ki oskrbuje možgane, pa ostane nespremenjena skozi človekovo življenje. To dejstvo govori o utrujenosti kot stanju, ki izhaja iz čustvenega ali duševnega stanja telesa;

• Z nenehnim delom se možgani izognejo tveganju za možganske bolezni. Vsaj Alzheimerjev sindrom je ravno nasprotje stalne možganske aktivnosti. Med razvojem se v možganih aktivirajo procesi rasti dodatnih celic, ki nadomeščajo obolele. Učenje nečesa novega, komunikacija z intelektualno razvitimi sogovorniki so najboljši načini za razvoj možganov;

• Možgani fiksirajo človeško senco v zavesti kot podaljšek telesa. Senca je tudi dodaten vir informacij za možgane, ki jih obvešča o položaju telesa v prostoru glede na telesa okoli njega;

• Možgani potrebujejo veliko vode, saj je 76% možganov vode. V zvezi s tem je nevarnost izgube delovanja možganov v čakanju na tiste ljubitelje hujšanja, ki nekontrolirano jemljejo zdravila za hujšanje. Izdelke za hujšanje je vredno jemati le po navodilih lečečega zdravnika;

• Nalaganje možganov se ne zgodi takoj, temveč postopoma, podobno računalniku. Res je. Po prebujanju možgani rabijo nekaj časa, da se "naložijo", medtem ko je telesna pripravljenost telesa skoraj od prvih trenutkov po spanju normalna. Najbolje je, da presnovne procese v možganih "zaženete" z branjem ali reševanjem določene težave. Toda TV in radio tu zagotovo nista asistentka;

• Za možgane obstaja razlika v zaznavanju med žensko in moškim. V smislu, da je ženski glas pri visokih frekvencah bolj čustveno izrazit, možgani pa morajo "dekodirati" razumevanje bistva tega, kar je rekla ženska. Tudi ljudje z slušnimi halucinacijami najverjetneje slišijo moški glas.

Najbolj podroben zemljevid človeških možganov

Nov zemljevid možganske skorje, ki sta ga s pomočjo strokovnjakov iz več drugih ustanov sestavila David Van Essen in Matthew Glasser z univerze v Washingtonu, St. Lewis, je potrdil obstoj 83 prej znanih con. Poleg tega so znanstveniki odkrili 97 novih področij človeške možganske skorje, odgovornih za senzorično in motorično aktivnost, jezik in logično sklepanje..

Tako kot geografi je tudi za nevroznanstvenike zelo pomembno, da imajo dober zemljevid za delo, da bi izboljšali svoje spretnosti in bolje razumeli, s kakšno težavo imajo opravka. Zemljevid možganske skorje prikazuje, katera področja so odgovorna za določene kognitivne funkcije in kako medsebojno delujejo..

Težava je v tem, da je ta mehanizem veliko bolj zapleten, kot se zdi na prvi pogled. Možganske cone se razlikujejo po celični strukturi in gostoti beljakovin, kemični sestavi nevrotransmiterjev in strukturi nevronov. Za preučevanje takšnih anatomskih in fizioloških značilnosti pogosto ni potreben le denar in oprema, temveč tudi posebno dovoljenje, ki ga ni tako enostavno pridobiti, ker govorimo o raziskavah in testiranju na živih ljudeh..

Glasser je dejal, da so njihovemu projektu pomagale srečne okoliščine. »Projekt Human Connectome se je začel leta 2010, ameriški nacionalni inštitut za zdravje pa nam je dal dve leti časa za izboljšanje zbiranja MRI in analize podatkov. To nam je omogočilo, da smo dobili veliko bolj popolne in kakovostne informacije kot običajno, «pravi..

Projekt je v mnogih pogledih edinstven s tem, da vključuje strokovnjake za nevro-slikanje z vsega sveta. Programska oprema, ki jo uporabljajo, prav tako nima analogov, kot raziskovalni sistem pa je bila uporabljena kombinacija metod arhitekturne, funkcionalne in topografske analize. Ta algoritem je na koncu omogočil prepoznavanje področij, ki so raziskovalcem običajno ostala nevidna..

Posnetek 180 kombiniranih con desne in leve poloble iz različnih zornih kotov

Nekatere od 180 con so imele očitno funkcijo, druge pa manj očitne. Na primer, območje 55b po besedah ​​Glasserja sodeluje v jezikovnih procesih. Pri približno 90% zdravih mladih ima to spletno mesto tipičen vzorec povezav s sosednjimi regijami. Vendar pa so nekateri udeleženci študije, skupaj 210, pokazali popolnoma drugačne lastnosti, vključno z neverjetno povezavo s conami, vključenimi v okulomotorne procese..

Poleg teoretičnih študij bodo novi zemljevidi pomagali tudi kirurgom pri načrtovanju možganske kirurgije. Glasser in ekipa upata, da bosta s svojim delom v prihodnosti pomagala raziskati učinke staranja na možganske celice, da bi čim bolj učinkovito rešili vprašanja, povezana s starostjo..

Scisne ?

Glavna ≫ Informacijska knjižnica ≫ Biologija ≫ Nevrobiologija, psihiatrija ≫ Poti na možganskem zemljevidu. Iz zgodovine možganske navigacije // N. Markina

Poti na možganskem zemljevidu. Iz zgodovine možganske navigacije

N. Markina

Vsi zvitki in utori človeških možganov so že dolgo poimenovani in opisani. V nevroanatomskih atlasih je ista siva možganska skorja pobarvana v različne barve. Ta barvna karta je stara več kot sto let. In sama ideja, da so duševne funkcije lokalizirane na različnih mestih na površini človeške možganske skorje, se je pojavila na prelomu med 18. in 19. stoletjem. Nemški zdravnik Franz Gall (1758–1828) je ustvaril tako imenovane frenološke karte možganov, kamor je umestil lastnosti duše, ki jih je imenoval »sposobnosti duše«. Z vidika sodobne znanosti so Gallovi presenetljivi zemljevidi plod sklepov, ki ne temeljijo na eksperimentalnih podatkih, temveč le na njihovih lastnih opažanjih. Vendar pa so se znanstveniki že dve stoletji borili za uresničitev njegove ideje..

Konec 19. stoletja so nemški fiziologi v možganski skorji psov in mačk našli območje, katerega električna stimulacija je povzročila nehoteno krčenje mišic na nasprotni strani telesa. Uspelo jim je natančno določiti, v katerih delih tega območja so zastopane različne mišične skupine. Kasneje je bilo to območje (imenovano je bilo motor) opisano v človeških možganih, nahaja se pred osrednjim (Rolandovim) utorom, ki najgloblje deli možgansko skorjo v prečni smeri. Predstave mišic grla, ust, obraza, rok, trupa, nog se tukaj zaporedno nahajajo, površina skorje pa sploh ne ustreza velikosti delov telesa. Kanadski nevrolog Wilder Graves Penfield in E. Baldry sta ob primerjanju obeh na tem mestu narisala smešnega moškega - homunculusa. Na rokah ima ogromen jezik, ustnice, palce, roke, noge in telo pa so zelo majhni. Simetrični homunculus živi za osrednjim žlebom, le da ni motoričen, ampak senzoričen. Območja tega področja možganske skorje so povezana s kožno občutljivostjo v različnih delih telesa. Motorična in senzorična območja tesno medsebojno sodelujejo, zato jih običajno obravnavamo kot eno senzomotorično skorjo. Kasneje se je izkazalo, da je vse urejeno nekoliko bolj zapleteno: fiziologi so našli še eno popolno motorično predstavitev telesa manjše velikosti, ki je odgovorno za ohranjanje drže telesa in nekatere druge zapletene počasne gibe..

Vsa čutila imajo svojo pooblaščeno zastopanost v možganski skorji. Na primer, v okcipitalnem predelu človeških možganov je vidna skorja, v temporalnem režnju - slušna in vohalna predstavitev je razpršena po več delih možganov. V skorji obstajajo tudi tako imenovana asociativna polja, kjer poteka analiza in sinteza informacij, ki prihajajo s primarnih polj čutnih organov. Asociativna polja so pri ljudeh najmočneje razvita, zlasti tista, ki se nahajajo v čelnem režnju, fiziologi z njimi povezujejo najvišje manifestacije psihe - razmišljanja, inteligence. Sredi 19. stoletja sta francoski znanstvenik Paul Broca in nemški psihiater Karl Wernicke odkrila dve področji na levi polobli človeških možganov, ki sta povezani z govorom. Ko je Brocino območje poškodovano - v zadnji tretjini spodnjega čelnega girusa je bolnikov govor oslabljen, če je prizadeta Wernickejeva cona - v zadnji tretjini zgornjega časovnega girusa lahko bolnik govori, vendar njegov govor postane prazen.

Tako danes fiziologi veliko vedo o strukturi in funkcijah možganov. Toda bolj ko se naučijo, več skrivnosti ostaja. In nobeden od današnjih raziskovalcev ne more trditi, da ve, kako delujejo možgani. Možganske zemljevide, ki danes obstajajo glede na stopnjo informacijske vsebine, je verjetno mogoče primerjati z geografskimi zemljevidi srednjega veka, ko so bili obrisi celin le od daleč podobni tistim v resnici, bele pike na območju pa so presegale vse ostalo. "In kar je najpomembneje, če približno poznamo geografijo, nimamo pojma, kaj se dogaja v različnih" državah ". Kaj delajo, kako živijo, "- komentira direktor Inštituta za človeške možgane Ruske akademije znanosti dopisni član Ruske akademije znanosti Svjatoslav Vsevolodovič Medvedev.

Naloga odstranjevanja belih madežev z možganskega zemljevida in povečanje njegove ločljivosti je veliko težja kot zapolnitev praznih mest v geografiji. Še posebej, ko gre za človeške možgane in najvišje manifestacije človeške psihe. Ali je res mogoče na površje možganov projicirati človeška čustva, napetost misli in muke ustvarjalnosti? Ali bo mogoče kdaj reči: ta cona je odgovorna za odločanje, ta skupina celic je odgovorna za občutek lepote, tu zavida gnezdi in tu se začne cona ljubezni?

"Pravilneje bi bilo govoriti ne o kartiranju možganov, temveč o kartiranju možganskih funkcij," pojasnjuje S.V. Medvedev. - Naloga je določiti, kje se nahajajo nevroni, ki sodelujejo pri reševanju določene naloge, in razumeti, kako ti deli možganov medsebojno delujejo. Končno je super naloga nevrofiziologa - cilj, do katerega smo še zelo oddaljeni - povezati dogodke v možganih s tem, kar človek misli, razvozlati kode višje živčne dejavnosti. ".

Možgani govorijo električni jezik

Prvi podatki o lokalizaciji višjih možganskih funkcij so bili pridobljeni v dobi "kliničnih in anatomskih primerjav", to je opazovanj bolnikov, pri katerih so bili nekateri deli možganov poškodovani. Nato se je konec dvajsetih let začelo obdobje prevlade elektrofizioloških raziskav. Fiziologi so se naučili registrirati električno aktivnost možganov - elektroencefalogram (EEG) osebe s pomočjo elektrod, nanesenih na lasišče (prvič je to storil avstrijski psihiater Hans Berger leta 1929). Ta metoda je postala glavna pri preučevanju dela možganov in njihovih bolezni - prvi elektrofiziologi so verjeli, da se je s pomočjo EEG mogoče naučiti vsega. Dejansko EEG odraža različne procese v možganih, težava pa je v tem, da zabeleži celotno električno aktivnost, povzame in povpreči delo ogromnega števila živčnih celic - nevronov. In to je njegova metodološka omejitev..

Nato so se pojavile še druge metode preučevanja električne aktivnosti možganov, na primer metoda vzbujenih potencialov - to so električni valovi, ki nastanejo na določenih predelih možganske skorje kot odziv na specifično stimulacijo. V vidni skorji se pojavijo kot odziv na svetlobni utrip, v slušni skorji - kot odziv na zvok itd. Ta metoda je dala veliko za preučevanje lokalizacije funkcij v conah možganske skorje in z njeno pomočjo je bila možganska karta bistveno izboljšana. Ima pa tudi omejitve, predvsem pri preučevanju človeških možganov..

Z razvojem tehnologije mikroelektrod je postalo mogoče registrirati električne razelektritve posameznih nevronov. To se v glavnem naredi v poskusih na laboratorijskih živalih. Preboj v raziskavah človeških možganov se je zgodil, ko je bilo mogoče s pomočjo implantiranih subkortikalnih elektrod beležiti električno aktivnost človeških nevronov neposredno iz možganov. Akademik Natalya Petrovna Bekhtereva je to metodo začela uporabljati v zgodnjih 60-ih. V bolnikove možgane so v terapevtske namene vstavili tanke elektrode - z njihovo pomočjo je bilo mogoče ciljati na področja možganov. Toda takoj, ko se v pacientove možgane vsadi elektroda, je treba to priložnost izkoristiti in iz nje dobiti največ informacij. Takšna elektroda beleži aktivnost okoliških nevronov in to je povsem drugačna ločljivost, kot jo lahko dobimo iz elektrode, ki se nahaja na površini glave..

Nevroni "pismeni" in "ustvarjalni"

S pomočjo implantiranih subkortikalnih elektrod so fiziologi z Inštituta za človeški možgan Ruske akademije znanosti uspeli izvedeti veliko o tem, kako se možgani spopadajo z govorom. Kot že omenjeno, sta področji govora Broca in Wernicke že dolgo znani. "Pravilneje bi bilo, če bi se omejili na definicijo" povezano z govorom ", kot da bi uporabljali izraz" govorno območje ", poudarja S.V. Medvedev. - Se spomnite anekdote o ščurku, ki ima, kot kaže, "ušesa na nogah"? Zavedati se morate, da območja Brocka in Wernickeja morda niso središče govora, temveč nekakšen vmesnik. ".

Na povsem drugem mestu v možganski skorji so raziskovalci našli detektor za slovnično pravilnost pomenljive fraze. Skupina nevronov poveča svojo električno aktivnost, če je besedna zveza, ki jo subjekt sliši, slovnično pravilna, in jo oslabi, kadar je slovnično nepravilna. Če se subjektu ponudi stavek "modri trak" in "modri trak", bodo ti "pristojni" nevroni takoj opazili razliko. Druga skupina nevronov razlikuje med besedami maternega jezika, besedami, ki so jim fonetično podobne, in tujkami. "To pomeni, da živčna populacija skoraj v trenutku analizira fonetično strukturo besede in jo razvrsti na vrste:" Razumem "," Ne razumem, ampak nekaj znanega "in" Sploh ne razumem, "pravi S.V. Medvedev. V zvezi s tem se postavlja vprašanje, ali ti nevroni delujejo enako ali drugače pri ljudeh, nadarjenih z prirojeno pismenostjo, in pri tistih, ki imajo z njo težave. Najverjetneje obstajajo razlike, toda za natančen odgovor morate zaposliti veliko oseb.

"Našli smo skupine nevronov, ki ločujejo med konkretnimi in abstraktnimi besedami, nevroni, ki so očitno odgovorni za rezultat," še pravi Svjatoslav Vsevolodovič. - Ugotovili smo področja možganov, ki so povezana s posploševanjem in odločanjem. Za vse nevronske sisteme je značilna večfunkcionalnost: to pomeni, da lahko iste celice sodelujejo pri različnih funkcijah. Specializacija nevronov je relativna - glede na situacijo lahko prevzamejo različne odgovornosti. Na primer, ko umre kapitan ladje, na njegovo mesto pride navigator ali kdo drug. Zato so možgani zelo prilagodljiv sistem. " Lastnost zamenljivosti nevroni sčasoma izgubijo in pridobijo večjo specializacijo. Majhen otrok ne more hkrati hoditi in govoriti; če ga pokličete, se bo spotaknil in padel. Dejstvo je, da celotno njegovo skorjo zaseda bodisi ena bodisi druga. Učenec se pri pouku ne sme motiti, sicer se snovi ne bo naučil. Sčasoma je vedno več delitve možganskih ozemelj, zato lahko odrasel človek hkrati vozi avto in vzdržuje pogovor, se pogovarja po telefonu, brska po dokumentih itd..

N.P. Bekhtereva in njeni sodelavci so v možganih našli nevrone, ki delujejo kot detektor napak. Kakšna je njihova vloga? Odzovejo se na vsako kršitev stereotipnega zaporedja dejanj. "Zapustite dom in na ulici začutite:" Nekaj ​​ni v redu... "- razlaga S.V. Medvedev. "Je - pozabili so ugasniti kopalniško luč." Napake pri odkrivanju nevronov se nahajajo v različnih delih možganov - v parietalni skorji desne poloble, v rolandovem utoru, v zgornjem parietalnem in parietalno-časovnem predelu skorje, v cingularnem girusu.

Toda metoda implantiranih elektrod ima svoje omejitve. Elektrode seveda ne vsadijo tam, kjer bi to želeli fiziologi, ampak le tam, kjer je to potrebno iz kliničnih razlogov. Ali to pomeni, da iščemo tja, kjer je svetlejše, in ne kje smo izgubili?

Skener možganov s pogonom na pozitron

Tradicionalno v medicini rentgenski žarki za slikanje možganov niso najboljša metoda. Zelo različne možnosti so se pojavile s pojavom slikanja z magnetno resonanco (MRI). Pozitronska emisijska tomografija (PET) se aktivno uporablja na Inštitutu za človeške možgane Ruske akademije znanosti. Obe metodi dajeta podobo možganov. Kakšna je razlika med njima?

MRI temelji na lastnostih nekaterih atomskih jeder, predvsem jeder atomov vodika, ko so postavljena v magnetno polje, da absorbira energijo v radiofrekvenčnem območju in jo odda po prenehanju izpostavljenosti radiofrekvenčnemu signalu. Odvisno od »okolja«, torej od lastnosti biološkega tkiva, v katerem so ta jedra, se intenzivnost njihovega sevanja spreminja. Zato je mogoče videti slike različnih možganskih struktur. Bistvo metode PET je sledenje izginjajočim majhnim količinam snovi, označene z radioaktivnim ultra kratkotrajnim izotopom (razpolovna doba - minute). Izotop oddaja pozitrone, ki se z elektroni izničijo, oddajajo dva gama kvanta in se razpršijo v nasprotnih smereh. Če te gama kvante registrirate z detektorjem, lahko določite lokacijo atomov označene snovi. Snov je izbrana tako, da njena koncentracija odraža aktivnost možganskih celic. Če se na primer koncentracija glukoze z radioaktivno nalepko nekje poveča, to pomeni, da jo nevroni aktivno uživajo in zato aktivno delujejo. Če v tem času subjekt opravi katero koli nalogo, potem vidimo, katera področja možganov sodelujejo pri njegovi izvedbi. PET metoda omogoča uporabo kratkotrajnih izotopov (O, N, C, F), ki pacientu niso zelo škodljivi.

PET lahko v določenem vedenju opazi tudi spremembe v možganskem pretoku krvi. Ko se aktivira katero koli področje možganov, kri aktivno prihaja do njega. Če se v žilo vnese voda, označena z radioaktivnim kisikom, ta vstopi v možganske žile in jo je mogoče registrirati. Kjer je več označenega kisika, vstopi več krvi, kar pomeni, da se tam aktivnost poveča..

Od slovničnih postojank do labirintov ustvarjalnosti

S pomočjo PET-a so raziskovalci še naprej preučevali človeški govor v celotnih možganih. Videli so, kje se obdelujejo govorne informacije: posamezne besede, pomen besedila, kje se jih zapomni. Pokazali so, da je medialna ekstrastriatalna skorja vključena v obdelavo pravopisne strukture besed; pomemben del leve zgornje temporalne skorje (Wernickejeva cona) je verjetno vključen v semantično analizo. Vrstni red besed analizira sprednja časovna skorja. Ko se človeku pokaže skladno besedilo, ne da bi mu sploh ponudili, da ga prebere (bilo je treba le prešteti število pojavitev katere koli črke), se možganski pretok krvi poveča, kar pomeni, da možgani sodelujejo pri jezikovnem delu. (Če predstavite besede, ki so naključno premešane, možgani ne reagirajo tako.)

Tudi »božanski« proces ustvarjalnosti je bil podvržen dekodiranju, vsaj s strani fiziologov v laboratoriju N.P. Bekhtereva je pristopila k temu. Osebi se ponudi nekakšna ustvarjalna naloga, na primer sestaviti zgodbo iz nabora besed in v realnem času vidi, katera področja možganov začnejo aktivno delovati. Izkazalo se je, da ustvarjalno dejavnost spremlja predvsem sprememba povezav med različnimi področji možganov. Večina vseh novih povezav se pojavi v levem sprednjem časovnem pasu s sprednjimi conami skorje, pri zadnjem pa, nasprotno, povezava oslabi. Povezave med temensko in zatilno strukturo se izgubijo. In vse to se zgodi ravno pri izvajanju ustvarjalne naloge, če pa je naloga brez kreativnih elementov, takšnih sprememb ni. Lokalni možganski pretok krvi se poveča v desni prefrontalni skorji pri izvajanju bolj ustvarjalne naloge v primerjavi z manj ustvarjalno nalogo. Iz tega znanstveniki sklepajo, da je to področje neposredno povezano z "ustvarjalnostjo".

Raziskovalce zanima tudi pojav nehote pozornosti: oseba se na primer vozi z avtom, posluša radio, govori in nenadoma takoj reagira na trkanje motorja, kar kaže na to, da z motorjem nekaj ni v redu. V dveh laboratorijih z dvema različnima metodama: S.V. Medvedev po PET metodi in Yu.D. Kropotov z metodo implantiranih elektrod so odkrili enaka območja, kjer se aktivacija zgodi v takih trenutkih - v časovni in čelni skorji. Aktivacija se zgodi kot odgovor na neskladje med pričakovanimi in resničnimi dražljaji, na primer, ko zvok iz motorja ni takšen, kot bi moral biti. Drug pojav je selektivna pozornost, ki človeku pomaga, da v neprekinjenem brnenju glasov na koktajlu spremlja govor enega sogovornika, tistega, ki ga zanima. Očitno je v tem primeru prefrontalna skorja odgovorna za osredotočanje prostorske pozornosti. Nastavi bodisi desno ali levo slušno skorjo, odvisno od tega, katero uho prejema pomembne informacije..

Ko že govorimo o kartiranju možganov, je pomembno razumeti, da možgani, strogo gledano, niso razdeljeni na jasno razmejena področja, od katerih je vsako odgovorno le za svojo funkcijo. Vse je veliko bolj zapleteno, saj v procesu izvajanja katere koli funkcije nevroni različnih področij medsebojno delujejo in tvorijo nevronsko mrežo. Študija, kako se posamezni nevroni kombinirajo v strukturo, struktura pa v sistem in celotne možgane, je izziv za prihodnost.

"PET je močno orodje za preučevanje skoraj vseh funkcij, vendar samo to ni dovolj," pravi S.V. Medvedev. - Naloga PET je odgovoriti na vprašanje "kje?" In odgovoriti na vprašanje "kaj se dogaja?" PET je treba kombinirati z elektrofiziološkimi metodami. Skupaj z britanskimi fiziologi smo ustvarili sistem za vzporedno analizo PET in EEG, ki se dopolnjujeta. Verjetno je ta pristop prihodnost. ".

Pred letom dni (članek je bil objavljen leta 2004 - P.Z.) je skupina znanstvenikov iz šestih držav sveta napovedala izdelavo tridimenzionalnega računalniškega zemljevida človeških možganov, s pomočjo katerega lahko določimo človekovo nagnjenost k določenim boleznim. Ustvarjalci zemljevida verjamejo, da nekatere bolezni, na primer Alzheimerjevo bolezen ali avtizem, že lahko povežejo z različnimi deli možganske skorje. Zdaj so zaposleni z izpopolnjevanjem podrobnosti svojega izuma..

Druga hipostaza gena

V zgodnjih 50. letih prejšnjega stoletja se je pojavila ideja, da spomina ni mogoče omejiti samo na električne procese - za dolgoročno shranjevanje informacij v možganih ga je treba hraniti v kemični obliki. Čeprav so takrat še obstajale zelo splošne predstave o celičnem genomu, se je pojavila ideja, da ta ne hrani samo dednih informacij, ampak tudi sodeluje pri shranjevanju informacij, pridobljenih v življenju.

Da bi to preizkusili, je bilo treba preveriti, ali učenje spodbuja sintezo nukleinskih kislin in beljakovin v možganih. Potem ko je postalo znano načelo genoma - DNA → RNA → protein, so eksperimenti postali bolj osredotočeni. In to se je izkazalo. Takoj po učenju živali se sinteza RNA v njihovih možganih okrepi. (Da bi to odkrili, so jim vbrizgali radioaktivno označene predhodnike RNA). To se je zgodilo pri miših, ki so bile usposobljene za izogibanje električnemu šoku kot odziv na zvočni signal, in pri piščancih, pri katerih so razvile vtise na predmetu, in zlatih ribicah, ki so bile usposobljene za plavanje s splavom, pritrjenim na trebuh. In če se sinteza RNA upočasni, potem živali naredijo veliko napak ali pa se sploh ne morejo naučiti spretnosti.

Hkrati se v možganih sintetizirajo novi proteini - to je bilo določeno tudi z vključitvijo radioaktivnih izotopov. Zaviralci sinteze beljakovin poslabšajo dolgoročni spomin, ne da bi vplivali na kratkoročni spomin. Iz tega postane jasno, kako delujejo geni: pri učenju se RNA sintetizira na predlogi DNA, ta pa ustvari nove beljakovine. Te beljakovine začnejo delovati nekaj ur po pridobivanju informacij in prav te zagotavljajo njihovo shranjevanje. In pobudniki vseh teh dogodkov so električni procesi, ki se dogajajo na membrani živčne celice.

Skupina raziskovalcev z Oddelka za sistemsko genezo Inštituta za normalno fiziologijo Ruske akademije medicinskih znanosti pod vodstvom doktorja medicinskih znanosti, dopisnega člana Ruske akademije medicinskih znanosti K.V. Anokhina si je zadala nalogo, da najde raziskovalne metode, ki bi omogočile sočasno raziskovanje aktivnosti živčnih celic v možganih v povezavi s kakršnim koli vedenjskim ali kognitivnim (kognitivnim) delovanjem. "Ko smo začeli z delom, smo bili prepričani, da se informacije iz sinaps prenašajo na drugo globljo raven - prodrejo v celično jedro in nekako spremenijo delovanje genov," je še treba najti te gene, "pravi Konstantin Vladimirovič..

Moram reči, da nešteto genov deluje v možganskih celicah - pri ljudeh se polovica vseh preučenih genov izrazi le tam. Naloga je bila najti ključne, ki sodelujejo pri ohranjanju novih informacij iz vse svoje množice. Iskanje je bilo okronano z uspehom sredi osemdesetih let, ko je K.V. Anokhin in njegovi kolegi so opozorili na tako imenovane "takojšnje zgodnje gene". To ime so dobili po svoji sposobnosti, da se prvi odzovejo na zunajcelične dražljaje. Vloga "zgodnjih" genov je, da "zbudijo" druge - poznejše gene. Njihovi proizvodi - regulatorni proteini - transkripcijski faktorji, delujejo na dele molekule DNA in začnejo postopek prepisovanja - prepisovanja informacij iz DNA v RNA. Na koncu "pozni" geni sintetizirajo svoje beljakovine, ki povzročijo potrebne spremembe v celici, na primer tvorijo nove povezave nevrona.

Najbolj radoveden gen

Od celotne skupine "zgodnjih" genov je raziskovalce najbolj zanimal gen c-fos K.V. Od leta 1987 Anokhin s sodelavci preučuje vlogo tega gena pri učenju - po njihovem mnenju je prav on primeren za vlogo univerzalne sonde za kartiranje možganov. "Ta gen ima več edinstvenih lastnosti," pojasnjuje K.V. Anokhin - Prvič, v mirnem stanju celice molči, praktično nima "ozadja" aktivnosti. Drugič, če se v celici začnejo kakšni novi informacijski procesi, se ta nanje zelo hitro odzove in proizvaja RNA in beljakovine. Tretjič, univerzalna je, torej se aktivira v različnih delih centralnega živčnega sistema - od hrbtenjače do skorje. Četrtič, njegovo aktiviranje je povezano z učenjem, torej z oblikovanjem individualne izkušnje. " Da bi dokazali zadnjo trditev, so znanstveniki izvedli na desetine poskusov in natančno preverili, pod kakšnimi vplivi bodo c-fos prišli iz podzemlja in začeli delovati. Izkazalo se je, da se gen ne odziva na zelo močno stimulacijo, na primer na svetlobo, zvok ali bolečino, v tistih primerih, ko učinek nima elementov novosti. A takoj, ko je situacija obogatena z novimi informacijami, se gen takoj "zbudi".

Na primer, v poskusu so miši postavili v komoro, kjer so morali prenašati vrsto blagih, a neprijetnih elektrokutanih dražljajev. V odgovor je bil c-fos močno izražen na več področjih možganov - v skorji, hipokampusu in malih možganih. Če pa se ta postopek izvaja vsak dan, potem šesti dan gen ne reagira več. Miši se še vedno odzivajo na električni udar, vendar zanje to ni novo, ampak pričakovan dogodek. C-fos lahko znova aktivirate tako, da miši ponovno namestite v komoro in jih ne podvržete običajnemu postopku. V obeh primerih gen zaznamuje dogodek, ko zunanji dražljaji niso skladni z matrico posameznega spomina. Takšna neusklajenost se zgodi pri vsaki asimilaciji novih informacij, zato je c-fos neizogiben spremljevalec kognitivnih procesov v možganih..

V drugem poskusu so sodelovali novorojeni piščanci, ki so bili razdeljeni v štiri skupine. Piščanci prve skupine so se izvalili v temi in nikoli niso videli svetlobe, druga skupina je imela več sreče - ohranjena je bila z običajnim 12-urnim svetlobnim ciklusom, piščanci iz tretje skupine so bili takoj po rojstvu premeščeni v obogateno vizualno okolje, piščanci četrte skupine pa prvič v običajnem drugi dan so jih prenesli na obogaten medij. Pri vseh poskusnih piščancih smo izražanje gena c-fos ocenili drugi dan po izvalitvi. Kaj se je izkazalo? V prvih treh skupinah se kljub tako drugačnim razmeram, v katerih so preživeli dva dni svojega kratkega življenja, c-fos ni pokazal. Toda v četrti skupini, ki je okolje spremenila v vizualno obogateno, so c-fosi postali bolj aktivni. Zanje je bila nova, medtem ko so se piščanci tretje skupine na to že navadili..

Izražanje c-fos se je povečalo in pri piščancih, ki so kljuvale kroglico, ki jih je zanimala, se je izkazalo za grenko in piščanci so se nekoč naučili, da se temu v prihodnosti izogibajo. Toda na splošno se je izkazalo, da aktivacija gena sploh ni odvisna od uspeha treninga in na enak način spremlja napačna dejanja. Gen c-fos reagira tudi na nov objekt - za njegovo aktiviranje je dovolj samo ena predstavitev novega predmeta živali v samo 10 sekundah.

Raziskovalci so predlagali, da so c-fos in drugi zgodnji geni tisti most, skozi katerega posamezne izkušnje živali sodelujejo z njenimi genskimi aparati..

Kaj vam bo povedal zemljevid možganskih genov

Kako ujeti izražanje genov? Zaznamo ga s sintezo molekul RNA. Za to služi tako imenovana hibridizacija in situ - metoda, ki vam omogoča, da vidite kraje, kjer poteka sinteza določenih RNA. Beljakovinski produkt gena lahko naredite viden tako, da ga povežete s specifičnimi protitelesi in ga obarvate. Vse to se seveda zgodi potem, ko se živalski možgani fiksirajo in so iz njih narejeni tanki deli. Enako se naredi za odkrivanje izražanja c-fos. Eksperimentatorji imajo po treningu živali eno uro in pol do dve uri, medtem ko je koncentracija beljakovin c-fos v možganih na vrhuncu.

S katerim koli kognitivnim (kognitivnim) procesom v možganih začne veliko nevronov delovati sinhrono na različnih področjih. Z orodjem, kot je genska sonda, lahko vidite, kateri nevroni so vključeni v ta proces. "Na primer, lahko vidimo razliko v delovanju možganov podgan, ko zagleda drugo podgano in ko zagleda mačko," pravi Konstantin Vladimirovič. - Z drugimi besedami, da bi ugotovila, v katerih strukturah možganov vidi podgano in kakšno mačko. Podobno, ko oseba na zaslonu zagleda znan obraz, kot je Bil Clinton, se v njegovih možganih aktivirajo "nevroni za prepoznavanje Billa Clintona". Čeprav je človeške možgane zagotovo veliko težje preučevati z genskimi sondami. Do danes znanstveniki še niso prišli do metod za in vivo vizualizacijo izražanja genov v možganih. "V eni študiji je bilo mogoče registrirati izražanje človeškega c-fos v koščku možganskega tkiva, odvzetem za biopsijsko analizo," pravi K.V. Anokhin. - Drugi raziskovalci so jo lahko videli po možganski smrti. A očitno je, da to ni ravno tisto, kar je v živih možganih. ".

Če se kljub temu ustvari genska karta možganov, bo pokazala, katere strukture so odgovorne za različne oblike spomina. Z ogledom genske karte bo nevrofiziolog takoj videl, kje natančno je treba preučevati nevrone, na primer registrirati njihovo električno aktivnost. Znanstveniki z oddelka za genezo sistemov so s pomočjo c-fos ugotovili, katera področja možganov piščancev so odgovorna za odtis - odtis. Metoda ima tudi pomembne praktične aplikacije: z njo lahko poiščemo zdravila, ki potencialno izboljšajo spomin (navsezadnje so to snovi, ki bi morale spodbuditi aktivacijo c-fos), ali za preučevanje, kako alkohol in droge delujejo na možgane..

Raziskovalci so izvedli na desetine poskusov z različnimi učnimi modeli: prehrambnimi in obrambnimi, klasičnimi in instrumentalnimi, z vizualnimi, slušnimi, okusnimi in drugimi dražljaji, enojnim in večkratnim treningom. V poskusih so sodelovali miši, podgane, piščanci in druge živali. Ugotovljeno je bilo, da so različni deli možganov vključeni v različne vrste učenja, obstajajo pa tudi takšni, ki so vedno vpleteni, na primer cingularna skorja..

Dokler fiziologi ne bodo podrobno razložili mehanizma aktivacije genov, torej dejansko priznajo, da ne vedo v celoti, kako deluje živčna celica. Morda ga ob zunanjem vplivu primerja z obstoječim modelom in v primeru neusklajenosti sproži genetski mehanizem. To je doslej najbolj prepričljiva hipoteza..

Očitno se bodo sčasoma pojavile nove tehnične možnosti za preslikavo genov, že zdaj je mogoče proučevati izražanje različnih genov v tridimenzionalnem volumnu možganov. Lani je soustanovitelj Microsofta Paul Allen doniral 100 milijonov dolarjev za ustvarjanje raziskovalnega centra, zadolženega za preslikavo izražanja vseh genov, ki tam delujejo na mišjih možganih. Reševanje tega problema bo zahtevalo več kot eno leto trdega dela, vendar je njegovo reševanje zelo mamljiv cilj, saj gre za pot do razumevanja, kako geni nadzorujejo možgane in vedenje, tudi pri ljudeh..

N. Markina, kandidat bioloških znanosti
"Kemija in življenje - XXI. Stoletje"