Bodźce zewnętrzne i ich wpływ na aktywność mózgu
Badania sieci komunikacyjnych poszerzają wiedzę na temat pracy mózgu. Odkryto, że regiony mózgu są podzielone na moduły, obejmujące gęsto połączone wewnętrznie grupy, których połączenia z innymi regionami, należącymi do osobnych grup, są mniej liczne. Ten podział pomaga w segregowaniu części mózgu o wyspecjalizowanej funkcji, lecz nie wyjaśnia, gdzie informacja z różnych zmysłów jest łączona i integrowana. Obecność regionów mózgu spinających wiele innych regionów, które zwane są koncentratorami, może być brakującym elementem układanki. Te koncentratory, których połączenia rozciągają się na różne wyspecjalizowane moduły, mogą "nasłuchiwać" w oczekiwaniu na informacje z różnych jednostek sensorycznych i dzielić się nimi z innymi koncentratorami. Skutki tego badali uczestnicy finansowanego przez UE projektu INTERACTIONS (Investigation of the interaction between external stimulation and ongoing brain activity in cortical networks: analysis, modeling and empirical corroboration). Naukowcy zbadali strukturalną łączność mózgów kotów, makaków i ludzi, aby stworzyć dynamiczne modele ich aktywności. Wyniki porównano z empirycznymi obserwacjami dynamiki ludzkiego mózgu przy użyciu danych fMRI. Odkryto, że hierarchiczne struktury, w których, jak w przypadku mózgu, obserwuje się zarówno organizację modularną, jak i koncentratory, lepiej przeprowadzają skomplikowane procesy dynamiczne niż inne struktury hierarchiczne. Innymi słowy, przypadkowo połączony mózg byłby niezdolny do kategoryzowania zewnętrznych informacji, jakie otrzymuje, podczas gdy mózg uformowany z idealnych modułów nie mógłby "znaleźć sensu" tych informacji. Uczestnicy projektu INTERACTIONS postanowili również odkryć, jakim rodzajem dynamicznego układu jest mózg. W związku z tym naukowcy zbadali metodą fMRI zdrowe osoby pozostające w spoczynku, aby określić, czy dynamiczna aktywność mózgu przypadkowo zmierza do coraz to nowych, możliwych do osiągnięcia stanów, czy też ogranicza się do skończonych zestawów stanów. Drugi z przypadków można wykryć, jeśli system wraca po pewnym czasie do stanów, którymi się już wcześniej zajmował. Wyniki wykazały, że dynamika mózgu jest częściowo rekurencyjna i sprzyja zasobnym, lecz ograniczonym zestawom stanów, mimo prawie nieskończonej liczby możliwych stanów, w które może się wprowadzić. To wydajne i zarazem elastyczne zachowanie dynamiczne, jest uzależnione od fizycznej sieci połączeń, która jest hierarchicznie zorganizowana w moduły wyspecjalizowanych regionów mózgu wzajemnie połączonych poprzez regiony koncentratorów. Uczestnicy projektu INTERACTIONS stworzyli narzędzie komputerowe do analizy skomplikowanych sieci. Wyniki projektu pogłębią wiedzę o organizacji mózgu i jego dynamicznych zachowaniach oraz wyjaśnią, jak tworzyć modele jego aktywności.
Słowa kluczowe
Elektroencefalografia, mózg, czynnościowe obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego, szlaki komunikacyjne, integracja multisensoryczna, sieci hierarchiczne, koncentratory
