Žmogaus smegenis sudaro sudėtingas nervinių jungčių tinklas ir dauguma jų jungia gretimus smegenų regionus, kurie iki šiol taip pat yra labiausiai ištirti. Tačiau neseniai Pompeu Fabra universiteto (UPF) ir Oksfordo universiteto neuromokslinis tyrimas, paskelbtas m. Nacionalinės mokslų akademijos darbaiatskleidė, kad ryšiai tarp tolimų smegenų regionų, nors ir retesni ir retesni, vaidina esminį vaidmenį paaiškinant smegenų dinamiką.
Šių tolimojo susisiekimo jungčių vaidmenį būtų galima prilyginti oro uosto centrui, kuris su tolimais skrydžiais tiesiogiai jungia įvairias pasaulio dalis, nereikalaujant sustojimų, o tai pailgintų kelionę. Smegenų atveju tolimojo nuotolio ryšiai padeda greičiau ir tiesiogiai perduoti informaciją tarp tolimų regionų (nereikia eiti per visus iš eilės juos skiriančius kaimyninius regionus). Tai užtikrina optimalų ir efektyvų informacijos apdorojimą.
Ryšiai tarp tolimų smegenų sričių aktyvuojasi tiek spontaniškai ramybės būsenoje, tiek kasdieniame gyvenime atliekant daugybę pažintinių funkcijų, leidžiančių atlikti konkrečias užduotis. Pavyzdžiui, atliekant tokią paprastą užduotį, kaip prisiminti ką tik matytą vaizdą, smegenys sujungia priekinę skiltį (kuri susijusi su trumpalaike atmintimi) su pakaušio skiltele, kuri yra susijusi su vaizdo suvokimu.
Dauguma iki šiol atliktų tyrimų buvo skirti trumpo nuotolio ryšiams tarp kaimyninių regionų
Tačiau dauguma ankstesnių tyrimų buvo sutelkti į trumpojo nuotolio jungtis ne tik todėl, kad jų yra daug daugiau, bet ir todėl, kad jie padėjo formuoti smegenų geometriją per visą mūsų, kaip rūšies, evoliuciją.
Tai, kad daugelis smegenų dalių yra sulankstytos ir susiraukšlėjusios, yra būtent dėl nuoseklių evoliucinių judėjimų, kurie įsipareigojo suartinti kaimyninius regionus ir palengvinti jų tarpusavio ryšius. Tai reiškia, kad tikroji smegenų geometrija atspindi trumpojo nuotolio ryšius, užmegztus tarp skirtingų jo dalių. Dėl šios priežasties vadinamasis geometrinis modelis iki šiol buvo vienas dažniausiai naudojamų smegenų dinamikai analizuoti.
Tačiau geometrinis modelis nesugeba suprasti viso smegenų dinamikos sudėtingumo, nes norint tai padaryti, būtina atsižvelgti į retus ilgalaikius ryšius, įspėja mokslininkai savo darbe.
Tyrimas pagrįstas didelio masto kompiuterinių smegenų modelių, leidžiančių paaiškinti smegenų dinamikos mechanizmus, konstravimu. Taigi, autoriai parodė, kad kai modelis apima trumpojo ir ilgo nuotolio ryšius, galima geriau suprasti žmogaus smegenų funkcinį sudėtingumą. Tokiu būdu jis įveikia geometrinių modelių, pagrįstų trumpo nuotolio ryšiais tarp gretimų regionų, apribojimus, kad paaiškintų erdvėlaikinę dinamiką, kuri vyksta smegenyse kaip visumoje, be konkrečių regionų veikimo.
Pagrindinis straipsnio autorius Jakubas Vohryzekas (UPF) komentuoja: „Paaiškinimas, kaip smegenų struktūra lemia besiformuojančią jų dinamiką, yra pagrindinis neurologijos užsiėmimas. Norėjome išsiaiškinti, kokie yra pagrindiniai smegenų konfigūracijos apribojimai. Neseniai smegenų jungiamumas ir geometrija tapo dviem svarbiais smegenų architektūros bruožais tolimojo ryšio ryšys, kaip esminė savybė, formuojanti žmogaus smegenų pažinimą.
Vohryzekas šiuo metu yra UPF Smegenų ir pažinimo centro (CBC) Kompiuterinės neurologijos tyrimų grupės tyrėjas, vadovaujamas profesorius Gustavo Deco, naujausio tyrimo pagrindinis tyrėjas, kartu su Mortenu L. Kringelbachu (Oksfordo universitetas). kuris vadovavo Vohryzeko daktaro disertacijai.
Šis tyrimas buvo atliktas naudojant duomenis apie 255 sveikų jaunuolių smegenų veiklą, gautus naudojant magnetinio rezonanso tomografiją, atliekant konkrečias užduotis ar ramybės būsenoje. Jis buvo paimtas iš Human Connectome Project duomenų bazės, kur neurologai iš viso pasaulio dalijasi rezultatais ir informacija apie smegenų jungčių tyrimus.
Tyrimo linija, kuri gali suteikti naujų užuominų apie rūšies evoliuciją
Remiantis tyrimo rezultatais, gali būti pradėtos naujos tyrimų kryptys, siekiant geriau suprasti įvairių neuropsichiatrinių sutrikimų priežastis, kurios gali būti susijusios su ilgalaikio ryšio disfunkcijomis. Tyrimas taip pat atveria kelią daugiau sužinoti apie žmogaus ir kitų gyvūnų smegenų skirtumus ir pateikti naujų užuominų apie rūšies evoliucijos procesą. Pavyzdžiui, šios tyrimų krypties tęstinumas galėtų atskleisti, kaip Homo sapiens smegenys buvo suformuotos ir atskirtos nuo kitų rūšių, pvz., beždžionių, su kuriomis turime bendrų protėvių.
Šiuo atžvilgiu CBC-UPF Kompiuterinės neurologijos tyrimų grupės direktorius Gustavo Deco daro išvadą: „Šis tyrimas ne tik pagerina mūsų supratimą apie tai, kaip smegenų anatomija formuoja smegenų dinamiką, bet ir tiria unikalų reto, ilgalaikio poveikio indėlį. Tai rodo, kad smegenų tolimojo nuotolio struktūriniai ryšiai, kurie atlieka svarbų vaidmenį skubiai apdorojant informaciją, galėjo būti suformuoti dėl evoliucinio spaudimo, leidžiančio sudėtingai. kognityvinėms funkcijoms atsirasti.
„Evoliucinė dinamika galėjo patobulinti šiuos ryšius, kad būtų sudaryti didesni pažintiniai gebėjimai. Tai sudaro sąlygas įdomioms būsimų lyginamųjų tyrimų tarp rūšių perspektyvoms, siekiant išsiaiškinti šiuos pokyčius.”