Pagrindinis iššūkis siekiant susieti smegenų veiklą su elgesiu yra tai, kad smegenų veikla, išmatuota, pavyzdžiui, funkciniu magnetinio rezonanso tomografija (fMRI), yra nepaprastai sudėtinga. Dėl tokio sudėtingumo gali būti sunku rasti pasikartojančius skirtingų žmonių ar atskirų asmenų veiklos modelius.
Naujame tyrime Jeilio mokslininkai sugebėjo paimti fMRI duomenis, sumažinti jų sudėtingumą ir atskleisti stabilius veiklos modelius, kurie dalijasi daugiau nei 300 skirtingų žmonių. Išvados, pasak mokslininkų, yra daug žadantis žingsnis į priekį atskleidžiant psichikos sutrikimų biologinius žymenis.
Tyrimas buvo paskelbtas žurnale rugsėjo 24 d PLOS biologija.
„Kadangi žmogaus smegenų veikla yra tokia sudėtinga, ji gali būti nepatikima, ypač kai siekiate atkuriamumo”, – sakė Kangjoo Lee, tyrimo pagrindinis autorius ir Jeilio medicinos mokyklos Psichiatrijos katedros asocijuotas mokslininkas. „Šiame tyrime norėjome užfiksuoti smegenų veiklos ypatybes, kurios buvo susijusios su žmogaus elgesio ypatumais ir taip pat buvo nuoseklios įvairiems žmonėms.”
Norėdami tai padaryti, mokslininkai panaudojo fMRT duomenis iš 337 sveikų jaunų suaugusiųjų, kurių kiekvienam buvo atlikti keturi 15 minučių trukmės fMRT skenavimai.
„Šie vaizdai, padaryti ramybės būsenoje, iš esmės buvo smegenų veiklos momentinės nuotraukos”, – sakė Lee. „Taigi laikui bėgant galėjome stebėti akimirksniu vykstančius smegenų veiklos pokyčius.”
Kiekviena momentinė nuotrauka atspindėjo veiklą, vykstančią visose smegenyse tam tikru momentu, apimančią daugybę skirtingų smegenų tinklų, dalyvaujančių įvairiuose procesuose, o tai prisideda prie duomenų sudėtingumo.
Siekdami atskleisti bendrus duomenų modelius, tyrėjai taikė metodą, vadinamą duomenų dimensijos mažinimu, kuris, pasak Lee, iš esmės paima didelio matmens sudėtingus duomenis, pvz., smegenų veiklą, ir sumažina juos iki žemesnės dimensijos erdvės. Idėja panaši į sudėtingo šokio sekos modelio atvaizdavimą per nedidelį skaičių pagrindinių judesių.
Sumažinus duomenų sudėtingumą, mokslininkai atskleidė tris bendrus smegenų veiklos modelius, kurie „labai pasikartoja tarp dalyvių ir jų viduje“, sakė Lee.
Be to, nors šie modeliai buvo nustatyti tarp visų dalyvių, tarp asmenų taip pat buvo skirtumų. Pavyzdžiui, mokslininkai pastebėjo skirtumus pagal tai, kurioje iš trijų būsenų skirtingi asmenys praleido daugiausiai laiko, kiek laiko jie išbuvo tam tikrose būsenose ir tarp kurių būsenų žmonės perėjo.
Išvados rodo, kad tokio tipo modeliai gali atskleisti informaciją apie kažką, kuo dalijasi skirtingi žmonės, pavyzdžiui, elgesį, taip pat apie individualius skirtumus, susijusius su tuo elgesiu arba kaip jie keičiasi laikui bėgant.
Mokslininkai dabar svarsto, kaip šis metodas galėtų būti pritaikytas psichikos sutrikimams.
„Čia pažvelgėme į sveikus suaugusius žmones, bet jei atliktume panašią analizę klinikinėje populiacijoje, galime rasti pasikartojančius smegenų modelius, kurie pasiskirsto tarp tos populiacijos, bet ne tarp sveikų asmenų“, – sakė buvęs profesorius Johnas Murray'us. Jeilio psichiatrijos ir fizikos mokslų daktaras, dabar Dartmuto koledžo profesorius. „Todėl šie bendri modeliai gali būti psichikos ligų biologiniai žymenys, naudingi klinikinėje aplinkoje.”
Dabartinis tyrimas palaiko šią idėją. Tyrėjai išsiaiškino, kad modeliai, kuriais žmonės praleido daugiau laiko, ir modeliai, prie kurių jie perėjo, buvo susiję su pažinimo funkcija, emocijų reguliavimu ir alkoholio bei medžiagų vartojimu.
„Pasikartojančių smegenų modelių atskleidimas klinikinėse populiacijose gali mums ką nors pasakyti apie nervų veiklą, susijusią su konkrečiais simptomais, ir apie tai, kaip ji skiriasi tarp asmenų“, – sakė Lee.