"Внутрішній пасьянс", або режим мозку за замовчуванням

Наш мозок працює з парою, навіть коли ми відпочиваємо. Ділянки мозку, які активізуються в цей час, здебільшого пов’язані з мріями, багато хто каже, що це лише вершина айсберга.

маєте

У 1953 році фізик Луї Соколофф (Університет Пенсільванії, Філадельфія) поклав 20-річного студента коледжу на підрамник, поклав електроди на шкіру голови і ввів шприц у його сонну артерію. Випробовуваний лежав там 60 хвилин, отримуючи арифметичні завдання, в той час як Соколов контролював свої мозкові хвилі, а також вимірював рівні кисню та вуглекислого газу в крові. Дослідник намагався з’ясувати, скільки енергії витрачає мозок, коли ми змушені добре думати. Він очікував, що наш мозок перетравлює набагато більше кисню для вирішення математичних задач, ніж коли ми розслабляємось.

Результат мене шокував. Мозок її обстежуваного не споживав нічого більше кисню при вирішенні арифметичних задач, ніж коли вона відпочивала на ліжку із закритими очима.

Довгий час люди дивилися на мозок як на комп’ютер, який перебуває в режимі очікування, не працюючи, поки йому не дано завдання, будь то розв’язання рівняння, читання газет чи пошук обличчя серед натовпу. Експеримент Соколова був першим, хто пролив світло на той факт, що наш мозок живе у дуже жвавій «приватності». Цей дивовижний орган, який складає лише 2 відсотки ваги нашого тіла, споживає 20 відсотків споживаних нами калорій. До того ж, це витрачає велику частину енергії на велике ніщо - принаймні протягом довгого часу вони не могли цього точно сказати, оскільки мозок проводить свій вільний час.

"У спокійному мозку відбувається величезна активність, природа якої в основному незрозуміла", - підтверджує Маркус Рейчле, невролог з Вашингтонського університету в Сент-Луїсі. "Мозок - надзвичайно дорогий орган, але ще ніхто не вивчив поглиблено, на що він виділяє ресурси".

Однак ситуація повільно змінюється. Рейхле та кілька інших дослідників нарешті почали вирішувати фундаментальне питання про те, що робить мозок, коли з нашого боку простоює. Їхня робота призвела до відкриття великої системи мозку, свого роду органу в органі, який міг залишатися прихованим протягом десятиліть, хоча навіть не потрібно було виглядати занадто багато. Одні називають це нейронним динамо мрій, інші наділяють його набагато загадковішими ролями. Що б ви не робили, воно завжди нагрівається, коли ми залишаємо мозок у спокої і бачимо нас на роботі, споживаючи більше кисню, ніж серце, що б'ється.

"Ідентифікувати нову функціональну систему мозку не так часто, - підкреслює Джуліо Тононі, невролог з Університету штату Вісконсін-Медісон, - я насправді не пам'ятаю, скільки років тому сталося щось подібне. Це все одно, що виявити новий континент сьогодні ".

Тим не менше, відкриття народилося досить повільно. Експеримент Соколова, який зараз 56 років тому, зацікавив мало кого в той час. Довелося почекати 80-х років, перш ніж дослідники зрозуміли, що мозок може працювати над важливими речами, перебуваючи у, здавалося б, нейтральному стані. Саме в цей час почала поширюватися нова техніка сканування мозку - позитронно-емісійна томографія (ПЕТ). Метод включає введення радіоактивного індикатора, переважно молекул глюкози, у досліджувану область та отримання розуміння змін у метаболізмі мозку шляхом вимірювання накопиченого матеріалу. Однією з найпростіших спроб було сканувати мозок, що мислить і відпочивав, а потім порівняти отримані зображення, щоб спробувати знайти різні ділянки мозку, які стали активними.

Райхл також працював з ПЕТ, щоб знайти ділянки мозку, пов’язані зі словами, коли йому стало відомо про щось особливе. Здавалося, деякі ділянки мозку працювали з повною інтенсивністю, поки суб’єкт відпочивав, але коли людина отримувала завдання словами, ділянки заспокоювались. Відкриття не було насправді новим, і більшість дослідників оцінили його як випадковий шум і тим самим вирішили проблему. Однак Рейхле та один із його колег Гордон Шульман думали по-іншому. На той час ми вже писали 1997 рік.

Рейхл і Шульман опублікували в 2001 році дослідження, яке звернуло увагу на раніше невизнаний "режим за замовчуванням" - такий собі внутрішній пасьянс, яким мозок розважається, коли його не експлуатують, і відкладають, коли щось робить від свого власника. Ця мозкова діяльність відбувається в основному в наборі областей, що простягаються поздовжньо від центральної лінії мозку, яку обидва дослідники назвали мережею режиму за замовчуванням, або коротко DMN (мережа режимів мережі).

Області мозку, включені до мережі, не були невідомими науці, дослідники вивчали їх і раніше, але не в цілому. Тому не було визнано, що ці сфери спілкувалися між собою без зупинки. Однак, коли приходить якесь завдання, орієнтоване на увагу, вони заспокоюються, передаючи місцевість, а точніше ресурси, в інші ділянки мозку.

На додачу до всього цього, нам вдалося зробити ще більш шокуюче відкриття. Вимірювання метаболічної (метаболічної) активності областей мозку показали, що частини цієї мережі споживають на 30 відсотків більше калорій, ніж будь-яка інша область мозку! Це вже серйозно підняло питання - якого біса робить наш мозок, коли ми ні з чим на світі не маємо справи?

Рейхле та Шульман виходили із знань, які вони вже отримали про задіяні ділянки мозку. Одним з основних компонентів ДМН є передньо-середня частина лобової частки (медіальна префронтальна кора), яка, наскільки нам відомо, оцінює речі з дуже егоцентричної точки зору, чи є вони хорошими, поганими чи просто байдужими до нас. Частини області також блимають, коли, наприклад, нам пропонують вивчити перелік прикметників і вибрати ті, які нам підходять. Ті, хто зазнав певної шкоди цій ділянці мозку, стають байдужими і мовчазними, стають порожніми, не сміливі, не мають процесів мислення - існування яких є для нас абсолютно природним.

Частини DMN тісно пов’язані з гіпокампом, який фіксує і згадує наші «автобіографічні» спогади, такі як вчорашній сніданок чи перший день у школі. Для Рейхле та його колеги Дебри Гуснард це все вказує на одне, мріяння. Через гіпокампу мережа за замовчуванням може потрапити в наші спогади, сировину мрій, яку потім можна оцінити за допомогою медіальної префронтальної кори з її власної перспективи самоаналізу. За словами Рейхле та Гуснара, мережа проводить своєрідний "внутрішній тест" для мозку щодо наших майбутніх дій, вибору та рішень.

Ренді Бакнер, дослідник Гарвардського університету, погоджується. Для нього дані свідчать про систему мозку, яка дає суть мрій, споглядання минулих спогадів і здогадок про майбутнє: "Ми дуже добре уявляємо і співчуваємо різним можливим світам. Це може бути мозкова мережа що допомагає цій діяльності ".

Зараз ми маємо прямі докази, що підтверджують теорію. Минулого року Малія Мейсон, експерт Дартмутського коледжу в США, повідомила, що діяльність мережі за замовчуванням пов'язана з мріями. Він використовував функціональну магнітно-резонансну томографію (fMRI), що було чудовим способом контролювати мережеву активність, коли випробовувані повідомляли про мріяння і вицвітання областей, коли їх думки сортували. Мейсону також вдалося показати, що ті, хто має більш активну мережу за замовчуванням, набагато більш мінливі, ніж в середньому.

Мріяння може здатися розумовою розкішшю, але його мета смертельно серйозна. Бакнер та його колега з Гарварду Даніель Гілберт розглядають це як головний інструмент для замішування уроків, отриманих у минулому, у плани на майбутнє. Ця вправа настільки важлива, що мозок справляється з нею, коли тільки може, і перериває її лише тоді, коли йому потрібно виділити обмежений запас крові, кисню та глюкози на щось більш нагальне.

Однак багато хто вважає, що робота мережі не повинна закінчуватися простими мріями. У 2003 році Стенфордський дослідник Майкл Грейціус почав вивчати мережу за замовчуванням по-новому. Його експериментальним суб'єктам, яких помістили в сканер фМРТ, було запропоновано спробувати розслабитися і відпочити, поки він просто стежив за тим, що відбувається в мозку, який теоретично був у стані спокою. Це призвело до відкриття так званих коливань стану спокою. Це повільні хвилі мозкової діяльності, які координують ділянки мозку між собою.

Хвилі тривали від піку до піку 10–20 секунд, що практично в сто разів повільніше, ніж типові мозкові хвилі ЕЕГ, виміряні електродами, розміщеними на шкірі голови. Робота Грейція розірвала старий метод порівняння записів сплячого та активного станів і довів, що в мережу можна заглянути в будь-який час. Тож вчені також заглянули в мережу людей, які цього не знали і натрапили на щось абсолютно несподіване.

Торік Рейхле повідомив, що повільні хвилі мережі продовжуються у мавп під штучним наркозом, ніби вони не сплять. Цього року Грейцій повідомив про подібне явище у заспокоєних людей, тоді як інші дослідники виявили, що мережа за замовчуванням активна і синхронізована на ранніх стадіях сну. Це порушило припущення, що мережа - це все про мрії. "Я був здивований", - зізнався Грейцій. "Мені довелося змінити уявлення про те, що ми насправді шукали".

Оскільки мережа за замовчуванням також активна на ранніх стадіях сну, була велика спокуса пов’язати її з реальними мріями. Однак, за словами Райхле, мета нічної активності мережі інша, інша - сортувати та зберігати спогади. Ми приймаємо масу короткочасних спогадів щодня, але є лише декілька з них, які варто зв’язати з особистими даними, які керують нашим життям. За словами Рейхле, мережа вибірково зберігає та оновлює наші спогади залежно від їх важливості та особистої актуальності. Щоб уникнути накопичення не зберігаються пам’яті, мережа повертається до своєї діяльності, коли тільки може.

На підтвердження цього Рейхле зазначає, що мережа постійно спілкується з гіпокампом, крім того, що вона вживає багато глюкози, на порядок більше, ніж вона споживає кисню. За словами Рейхле, цей надлишок глюкози не спалюється мережею, а використовується як сировина для виробництва амінокислот і нейромедіаторів (нейромедіаторів), необхідних для побудови та функціонування синапсів. І якщо вона відіграє таку центральну роль, не дивно, що мережа за замовчуванням бере участь у декількох відомих захворюваннях мозку.

У 2004 році Бакнер відвідав лекцію Вільяма Клунка, професора Університету Пітсбурга, який проілюстрував патологічні бульбочкові вузлики в мозку людей із хворобою Альцгеймера у трьох вимірах. Раніше дослідники досліджували ці вузлики лише в одній області мозку одночасно, причому Клунк був першим, хто спроектував своє розташування, спроектоване на весь мозок, тому багато хто спочатку зіткнувся з повною картиною. "Це було дивно: перед нами практично виникла мережа за замовчуванням", - сказав Бакнер.

З тих пір Рейхле, Грейціус та Бакнер виявили, що модель активності мережі порушена у осіб з хворобою Альцгеймера. Дослідники також почали відстежувати мережеву активність у людей з легкими проблемами пам'яті, щоб перевірити, чи можуть вони передбачити, хто може розвинути хворобу Альцгеймера - на жаль, у половини тих, хто має проблеми з пам'яттю. Це питання, яка половина. Чи можемо ми використати наш сьогоднішній досвід для виявлення пацієнтів із ризиком хвороби Альцгеймера?

Тим часом було показано, що мережа за замовчуванням руйнує інші захворювання, включаючи депресію, розлад гіперактивності з дефіцитом уваги (СДУГ), аутизм та шизофренію. Він також відіграє таємничу роль у людей з травмою мозку або інсультом, які плавають на межі самосвідомості та смерті мозку, з мінімальним самосвідомістю або у вегетативному стані. Стівен Лоріс, невролог з Університету Льєжу в Бельгії, досліджував активність DMN своїх пацієнтів у цьому стані за допомогою фМРТ. "Неважко побачити, як мережа руйнується в міру поглиблення коми", - сказав дослідник, який зараз шукає зв'язок між мережевою активністю та довгостроковим поверненням з коми, сподіваючись на подібне прогностичне значення, як його американські аналоги в Альцгеймера .

Ми ще не пов’язували медитацію з діяльністю мережі, хоча, читаючи наведені вище рядки, ця ідея, напевно, вже спала на думку багатьом. Медитація дзен-буддистів може вимкнути ДМН, оскільки метою дзен-медитації є утримувати розум від труднощів, думкових потоків, зосереджуючи увагу на поставі та диханні. Двоє італійських дослідників, Джузеппе Паньоні та Реджо Емілі, спробували з'ясувати, чи означає це, що практики медитації здатні придушити мережеву активність.?

Для досліджень групу людей, знайомих з медитацією дзен, попросили лягти під сканування мозку. Під час обстеження fMRI їм показали рядки випадкових букв і попросили визначити, чи розгортається текст англійським словом чи просто набором літер. Кожного разу, коли суб’єкт бачив існуюче слово, мережа за замовчуванням блимала протягом декількох секунд, доводячи, що такі слова, як яблуко, яблучний штрудель чи кориця, блукали думками.

Дзен-медитатори виконували завдання розпізнавання слова так само, як і ті, хто не практикує медитацію, але набагато швидше стримував свої блукаючі думки. Користувачі дзенів робили це протягом 10 секунд, тоді як не медитаторам, як правило, потрібно було 15 секунд, щоб перефокусуватись.