карта тела в мозге
Карта мозга
Иллюстрация: M. F. Glasser, D. C. Van Essen
«Каждая отдельная область на карте содержит клетки со сходными структурой, функциями и взаимосвязями. Но эти «регионы» отличаются друг от друга подобно разным странам и имеют чётко определённые границы, а также уникальную культуру»,
— отмечает Дэвид Ван Эссен (David Van Essen), невролог Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, штат Миссури, который курировал исследование.
Нейрофизиологи давно стремились разделить мозг на мелкие части, чтобы лучше понять, как он работает в целом. Одна из самых известных карт мозга разделила кору на 52 области, основанные на различном расположении клеток в ткани (теперь эти зоны известны как поля Бродмана). Более современные карты основывались на данных магнитно-резонансной томографии (МРТ) — например, функциональной МРТ, которая измеряет приток крови в ответ на различные умственные задачи.
Однако, до сих пор большинство таких «картографических» исследований проводились с помощью лишь одного типа измерений, что, как отмечает Томас Йео (Thomas Yeo), нейробиолог из Национального университета Сингапура, не только не даёт полное представление о работе всего мозга, но и может ввести исследователей в заблуждение. Новая карта основана на многократных МРТ измерениях, которые максимально конкретизируют внимание на корковых областях и поэтому помогают наиболее хорошо их оценить.
Разделяй и властвуй
Чтобы построить карту, группа учёных под руководством нейробиолога Мэтью Глассера (Mathew Glasser) из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе использовала изображения, полученные у 210 здоровых молодых людей, которые участвовали в проекте «Коннектом человека» по картированию структур мозга и их функциональных связей. В исследование включили информацию о толщине коры, функциях мозга, аксональных связях между регионами, о топографической организации клеток в ткани и содержании миелина — вещества, которое отвечает за электроизоляцию аксонов.
Глассер зонировал кору головного мозга по принципу значительных изменений в двух или более свойствах, которые использовал, чтобы «расставить» границы на карте. Обработка данных велась с использованием алгоритмов машинного обучения.
«Если медленно «ползать» по поверхности коры, то в какой-то момент вы найдёте такое место, где свойства начнут меняться, или даже такое, где обнаружатся несколько независимых изменений на одном и том же месте»,
Методика подтвердила наличие 83 известных ранее участков мозга и выявила ещё 97 новых. Учёные проверили карту, наблюдая за работой этих регионов у 210 человек. Они обнаружили то, что карта достаточно точная, но размер её зон несколько варьирует от человека к человеку. Эти различия помогут понять по-новому индивидуальную изменчивость когнитивных способностей, а также выявить риски развития заболеваний.
Грани достижимого
«Несмотря на то, что в центре внимания этой работы лежало создание красивого и усреднённого шаблона мозга, он действительно открывает возможность для дальнейшего изучения уникальных сочетаний индивидуальных особенностей с интеллектуальными и творческими способностями, то есть того, что делает каждого из нас уникальным»,
— говорит Рекс Юнг (Rex Jung), нейропсихолог из Университета Нью-Мексико в Альбукерке.
Но при всех очевидных плюсах минусы также есть: карта ограничена в нескольких важных аспектах. Самое важное, она очень немногое рассказывает о биохимических основах работы мозга или об активности отдельных нейронов, их небольших групп.
«Это похоже на фантастическую карту Google «Планета Земля», которая может даже продемонстрировать ваше район города или даже задний двор вашего дома. Тем не менее, вы не можете рассмотреть, как передвигаются ваши соседи, куда они собираются переместиться и какая у них работа»,
Глассер же предполагает, что этот проект станет версией 1.0.
«Это не означает, что этот вариант окончательный, но то, что мы получили сейчас, гораздо лучше, чем то, что мы имели прежде»,
— резонно замечает учёный.
A multi-modal parcellation of human cerebral cortex
Matthew F. Glasser, Timothy S. Coalson, Emma C. Robinson, David C. Van Essen et all.
Nature (2016) doi:10.1038/nature18933
Новая структурно-функциональная карта делит кору больших полушарий на 180 участков.
Кора мозга устроена чрезвычайно сложно – разные её участки отличаются друг от друга как по функциям, так и по клеточному устройству. Естественно, тем, кто начал заниматься мозгом, очень скоро понадобилась «карта местности» для мозговой коры, и своеобразным золотым стандартом тут стала система цитоархитектонических полей, опубликованная немецким неврологом Корбинианом Бродманом ещё в 1909 году.
Эти поля отличаются по морфологии клеток и по тому, как клетки в них уложены друг относительно друга (то есть по клеточной цитоархитектонике). Поля Бродмана оказались необычайно полезны, но всё же у ни были некоторые существенные минусы.
Во-первых, сам Бродман построил свою карту на материале всего одного мозга, взятого от умершего человека. В дальнейшем строение полей коры уточняли уже на более разнообразном материале, и к чистой морфологическим параметрам добавились функции: за что отвечает один участок, за что другой, и т. д. Однако чем больше нейробиологи узнавали о мозге, тем ясней становилось, что кору полушарий нужно картировать заново, используя несколько признаков одновременно.
За эту работу взялись Мэтью Глассер (Matthew F. Glasser) и его коллеги из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, Оксфорда, Университета Миннесоты и Университета Неймегена. Они взяли массив данных магнитно-резонансной томографии (МРТ), накопленных в рамках проекта Коннектом Человека (напомним, что цель проекта Коннектом Человека в том, чтобы полностью описать структуру связей в нашем мозге).
Исследователей интересовали результаты структурной МРТ, которая позволяет установить, например, толщину тех или иных участков коры и другие подобные особенности, и функциональной МРТ, с помощью которой можно увидеть функцию той или иной зоны мозга. При этом мозг во время сканирования может отдыхать, и тогда мы различим его базовую функциональную топографию, или же выполнять какое-то задание – и тогда мы увидим, какие участки работают над конкретной процедурой. Для построения новой карты коры использовали данные фМРТ, полученные при выполнении семи заданий, от аудиотестов до математических задач.
Таким образом, алгоритм, который искал в коре функциональные поля, должен был оперировать сразу несколькими параметрами, структурными и функциональными. В итоге удалось обнаружить целых 180 полей в каждом полушарии, 83 из которых ранее уже были описаны в литературе, а вот 97 оказались доселе неизвестными.
Алгоритм работал с результатами МРТ-сканирования 210 добровольцев проекта Коннектом Человека, и сразу же возникал вопрос, удастся ли определить те же зоны у других людей? Не получится ли так, что карта из 180 полей имеет смысл только для тех двух сотен человек, на которых обучали вышеупомянутый алгоритм?
Но когда попытались проанализировать набор МРТ-данных от «посторонних» людей, то у них зоны коры определялись почти так же. Более того, авторы работы также смогли определить индивидуальные отличия между теми или иными участками. (На всякий случай уточним, что индивидуальные отличия не означают, что мозг у одного устроен так, а у другого – иначе, просто зоны могут работать с разной эффективностью и быть в раной степени развитыми; аналогичным образом, если мы видим рядом высокого человека и малорослого, мы не говорим, что у них разный план строения.)
Очевидно, что новая карта (описанная в статье в Nature) пригодится как в фундаментальной науке, так и в медицине. Правда, и у неё тоже есть свои минусы, связанные, в первую очередь, с тем, что у МРТ всё-таки недостаточно высокое пространственное разрешение, то есть кора мозга может на самом деле делиться на ещё большее число полей.
С другой стороны, предстоит ещё выяснить, как устроены новые 180 зон на уровне клеток, синапсов и их молекулярных характеристик. Ну и, наконец, не будем забывать про недавнюю работу, поставившую под вопрос тысячи и тысячи результатов МРТ-сканирования – будем надеяться, что новая карта коры от этого разоблачения не слишком пострадает.
Читайте также:
Почему фМРТ видит то, чего нет
Томография мозга нередко даёт ложноположительные результаты из-за особенностей своего программного обеспечения, которое видит несуществующее сходство между разными участками мозга.
Составлена самая подробная 3D-карта части человеческого мозга
В прошлом году специалисты из Google и Гарвардского университета создали первую 3D-карту мозга плодовой мушки. На ней можно увидеть 20 миллионов синапсов, которые связывают между собой 25 миллионов нейронов. Четверть мозга плодовой мушки, нанесенные на карту, стали важной работой в области нейронаук коннектомики, которая изучает структурные связи мозга. Теперь же ученым удалось визуализировать (пусть и крохотный) участок человеческого мозга. Это стало возможным благодаря изъятию мозговой ткани в ходе операции на мозге 45-летней женщины, страдавшей от эпилепсии. Причиной операции стала неэффективность лекарственных препаратов, поэтому хирургам пришлось также удалить здоровые сегменты мозга. Нередко пациенты решают пожертвовать извлеченный материал в исследовательских целях, что и произошло в ходе нового исследования. И все же, самое потрясающее в этой новости заключается в том, что один кубический миллиметр ткани, или один пиксель на МРТ, можно рассмотреть в максимальной детализации онлайн.
Новый взгляд на человеческий мозг показывает его клеточных обитателей во всей их дикой и странной красе. Карта, составленная из крошечного кусочка мозга женщины, показывает различные формы 50 000 клеток и 130 миллионов связей между ними.
Как составить 3D-карту мозга?
Нейробиология, пожалуй, является одной из наиболее сложных наук. Причина заключается в том, что полностью изучить мозг и его работу на сегодняшний день не предоставляется возможным. Как отмечает в своей книге «Кто мы такие? Гены, наше тело, общество» нейрофизиолог, профессор Стэндфордского университета Роберт Сапольски, собираясь на конференциях, ведущие нейробиологи признаются, что понятия не имеют как работает мозг. Настолько все сложно.
И все же, будучи самым непознанным органом человеческого тела, мозг позволил нам совершить несколько знаменательных революций, включая научно-технологическую. Сегодня то, о чем мечтали научные фантасты (и то, о чем не могли подумать) является нашей повседневной жизнью.
Так выглядит участок мозга 45-летней женщины, страдающей от эпилепсии.
Новое открытие можно назвать одним из наиболее знаменательных в своей области: вычислительные программы сшивали полученные изображения вместе, а программы искусственного интеллекта помогали ученым анализировать их. Краткое описание полученного представления было опубликовано в качестве препринта 30 мая на сервере bioRxiv.org. Полный набор данных находится в свободном доступе в Интернете.
Еще больше интересных статей о том, какие тайны мозга удалось узнать ученым за последние несколько лет, читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.
Что именно можно увидеть на карте?
Извлеченный в ходе операции кусочек мозговой ткани составлял, как пишет Science News, примерно миллионную часть объема всего мозга. Он был изъят из коры головного мозга — внешнего слоя мозга, ответственного за формирование сложных мыслей.
После удаления образец был быстро сохранен и окрашен тяжелыми металлами, которые выявили клеточные структуры. Затем мозговую ткань разрезали на более чем 5000 тонких кусочков и сфотографировали с помощью мощных электронных микроскопов. Затем с помощью вычислительных программ и программ искусственного интеллекта вся обработанная информация была объединена и проанализирована.
Необходимо отметить, что на данный момент исследователи только начинают понимать, что вообще находится в отсканированном участке. «Мы только что с головой окунулись в этот набор данных», – сказал соавтор исследования Джефф Лихтман, нейробиолог из Гарвардского университета. Лихтман сравнивает карту мозга с Google Earth:
«Там есть драгоценные камни, которые можно найти, но никто не может сказать, что они все их и правда видели».
Но кое-какие «фантастически интересные» достопримечательности все же появились. Все потому, что наличие большого набора данных позволяет заметить все странное и выделяющееся. Большие объемы данных, помимо прочего, дают представление о том, насколько распространены те или иные типы связей в мозге.
Молекулярный нейробиолог Сет Грант из Эдинбургского университета отмечает, что, хотя новая карта является ценным инструментом, она показывает только анатомию мозга. Другие исследования помогут прояснить функцию и состав молекул, которые управляют поведением мозга. На данный момент карта является «в значительной степени исследовательским инструментом», говорит он.
Что дальше?
Одним из любопытных моментов для дальнейшего изучения является наблюдение команды за двумя нервными клетками, или нейронами, которые, казалось, были вплетены в симметричный танец. На снимках также были видны аксоны нейронов, посылающие сообщения, образующие сложные спирали, необычные и таинственные завитки, похожие на свернувшихся змей. «Мы никогда не видели ничего подобного», – пишут исследователи.
Мозг — невероятно сложный компьютер, в механизмах работы которого нам только предстоит разобраться.
Эти чрезвычайно подробные карты мозга являются кульминацией многолетних исследований. Это действительно волшебное время в истории, когда ученым доступны разнообразные инструменты для создания подобных карт. И все же, что в конечном итоге покажут эти карты, остается неизвестным – авторы исследования очень осторожно относятся к тому, приведут ли они к глубокому пониманию мозга. Но в будущем нас однозначно ждет много удивительных открытий.
Карта тела в мозге
Карта тела в мозге
Когда Стиву Джобсу диагностировали рак печени, приведший к смерти несколько лет спустя, он выступил с проникновенной речью перед выпускниками Стэнфордского университета. Вот что он им посоветовал: “Не позволяйте разноголосице чужих мнений перебить ваш внутренний голос. И самое важное, имейте храбрость следовать своему сердцу и интуиции. Они каким-то образом уже знают, кем вы хотите стать на самом деле”[82].
Однако как же услышать “свой внутренний голос”, понять то, что ваше сердце и интуиция каким-то образом уже знают? Для этого нужно положиться на сигналы своего организма.
Возможно, вы видели весьма странную картинку человеческого тела, пропорции которого соответствуют тому, как тело проецируется на соматосенсорную кору, отслеживающая ощущения в разных участках кожного покрова: у этого человечка малюсенькая голова, однако огромные губы и язык, крошечные руки, но гигантские пальцы. Все это отражает относительную чувствительность нервов, расположенных в разных частях тела. Аналогичный мониторинг наших внутренних органов осуществляет находящаяся за лобными долями инсулярная область при помощи схемы, соединяющей его с кишечником, сердцем, печенью, легкими, гениталиями, – каждому органу отведено особое место. Это позволяет инсулярной области выступать в качестве центра управления функциями органов, и именно он посылает сердцу указание замедлить ритм, а легким – сделать более глубокий вдох.
Внимание, обращенное внутрь, на какую-нибудь часть тела, повышает восприимчивость инсулярной области к той части тела, на которой мы сосредоточены. Прислушайтесь к своему сердцебиению – и инсулярная кора активирует больше нейронов в этой сети. Степень чувствительности людей к своему сердцебиению стала стандартным показателем при проверке их самоосознания. Чем лучше у них это получается, тем больше их инсулярная область[83].
Инсулярная область сонастраивает нас не только с нашими органами: от него зависит наше самочувствие в целом[84]. У людей, не обращающих внимания на свои эмоции (и, что характерно, на чувства других людей), деятельность инсулярной области заторможена по сравнению с его высокой активностью у тех, кто чутко прислушивается к своим внутренним эмоциональным переживаниям. Крайний случай полной его отключенности имеет место у людей с алекситимией, которые просто не отдают себе отчета в том, что чувствуют, или не могут представить себе, что испытывают другие люди[85].
Наши “нутряные чувства” – это послания от инсулярной области и других восходящих сетей, которые упрощают нам принятие решений, направляя наше внимание на более оптимальные варианты. Чем лучше мы расшифровываем эти послания, тем лучше у нас работает интуиция. Возможно, вы испытывали подобное тянущее чувство, когда вам казалось, что вы забыли что-то взять в длительную поездку. Одна бегунья рассказывала мне, как собиралась бежать марафон за 650 км от дома. Сев в машину, она ощутила это тянущее чувство – и не придала ему значения. Она продолжала гнать по магистрали, но ее одолевала мысль, будто что-то не так. И вдруг ее осенило: она не взяла с собой кроссовки! Ситуацию спас торговый центр, в который она ворвалась практически перед самым закрытием, однако ее новая беговая обувь была другой, непривычной марки, и в итоге она сильно стерла себе ноги.
Соматический маркер – термин нейрофизиолога Антонио Дамазио, обозначающий ощущения в теле, которые подсказывают нам, насколько верен наш выбор[86]. Эта восходящая система телеграфирует свои идеи через наше “нутряное чувство”, зачастую задолго до того, как нисходящие сети приходят к более аргументированным выводам.
Вентромедиальная префронтальная зона, ключевая часть этой системы, управляет нашим процессом принятия решений, когда мы сталкиваемся с наиболее сложными решениями в жизни – к примеру, вступление в брак или покупка дома. Подобные решения не могут приниматься на основании холодного, расчетливого анализа. Напротив, мы добьемся лучшего результата, представив себе, каковы будут наши ощущения, если мы выберем А вместо Б. Эта часть мозга выступает в роли того самого внутреннего руля.
Существует два основных потока самоосознания:
“Я-объективное” (англ. me), которое выстраивает сюжет вокруг нашего прошлого и будущего, и “Я-субъективное” (англ. I), которое перемещает нас в сиюминутное настоящее. Итак, “Я-объективное” соединяет воедино наш опыт, разбросанный по временной оси. Наоборот, “Я-субъективное” существует только в свежих переживаниях настоящего момента. “Я-субъективное”, наиболее сокровенное восприятие нас самих, отражает фрагментарную совокупность наших сенсорных ощущений – прежде всего состояния нашего организма. “Я-субъективное” выстраивается через систему мозга, направленную на восприятие нашего тела при помощи инсулярной коры[87].
Подобные внутренние сигналы – это внутренние проводники, помогающие нам на многих уровнях, начиная с верности определяющим ценностям и заканчивая напоминанием о том, что нужно захватить кроссовки.
Как сказала мне маститая артистка “Цирк дю Солей”, в ходе изнурительных занятий гимнасты стараются достичь т. н. “совершенной практики”, состояния, в котором физические законы движения и правила биомеханики сливаются воедино в нужном интервале, под нужным углом и с нужной скоростью. Именно тогда “мы достигаем большего совершенства и дольше ощущаем его, хотя и невозможно быть совершенным постоянно”. А как же артисты узнают, что они близки к совершенству? “Вы чувствуете это. Ваше тело ощущает это раньше, чем голова”.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Продолжение на ЛитРес
Читайте также
9.3 Науки о мозге
9.3 Науки о мозге На пике веры XIX в. в научный прогресс многие люди считали, что самый прямой путь к познанию человека лежит через его тело. Секреты человеческой души, утверждали ученые, заключены в мозге — материальном субстрате психики. К концу XX в. эта мысль стала весьма
Карта 1. Четырёхсекторная и восьмиуровневая карта реальности
Карта 1. Четырёхсекторная и восьмиуровневая карта реальности Интегральная карта – это четырёхсекторная карта, которая показывает, что у города есть и внешняя жизнь (физическая, осязаемая и объективная), и внутренняя жизнь (сознательная, незримая и субъективная). Своей
26 УЧЕНИЕ О ГОЛОВНОМ МОЗГЕ
26 УЧЕНИЕ О ГОЛОВНОМ МОЗГЕ Уже в глубокой древности велся поиск субстрата – носителя психики. Пифагорейцы полагали, что душа располагается в головном мозгу. Гиппократ причислял к сердцу лишь плотские явления души, а органом разума считал головной мозг. Так же, как и
КАК В МОЗГЕ РОЖДАЮТСЯ ВОСПРИЯТИЯ
КАК В МОЗГЕ РОЖДАЮТСЯ ВОСПРИЯТИЯ Теперь мы в состоянии перевести танцующих медуз на язык той деятельности мозга, которая дает начало восприятию. В верхней части рис. 15 показана медуза, вонзившая свое острие в тело другой медузы. На данном этапе мы оставляем медуз и
Автономия и управление в мозге
Автономия и управление в мозге Лобные доли являются инструментом и агентом контроля внутри центральной нервной системы. Может показаться, что их появление на позднем этапе эволюции должно было привести к более жёсткой организации мозга. В действительности, однако,
Наука о мозге и слово МЫ
Наука о мозге и слово МЫ То, чему мы научились, изучая контакты между врачами и коммивояжерами, подтверждается всем тем, что я называю наукой о мозге с позиции МЫ. Самый первый контакт любого из врачей с коммивояжером сразу же вызывал реакцию миндалевидного тела мозга –
Зеркала в мозге
Зеркала в мозге Умение мозга создавать ощущение связи и сплоченности с другими связано с удивительным открытием, сделанным только в 1995 г. Селекторное совещание Эмили не удалось, потому что все его участники ошибочно представляли себе душевное состояние остальных.
Осознание внутреннего тела – тела энергии
Осознание внутреннего тела – тела энергии Направляя внимание внутрь тела, вы заметите, что чувствуете не столько физическое тело, сколько внутреннее пространство, заполненное энергией. Это не что иное, как энергетическое поле нашего тела, которое Экхарт Толле называет
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА О СОБСТВЕННОМ МОЗГЕ
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА О СОБСТВЕННОМ МОЗГЕ С тех пор, как я написал вступительную главу о мозге для первого издания книги «Используйте оба полушария своего головного мозга» в 1974 году, исследования в этой области ознаменовались новыми впечатляющими открытиями. Вместо
Карта женского тела
Карта женского тела Ну-ка, еще раз скажите мне, какая самая первая и самая важная эрогенная зона женщины? Помните? А теперь назовите вторую.Не ломайте себе голову – женщина кроме мозга имеет одну-единственную эрогенную зону – но зато на все тело. Если правильно приложить
Глава шестая Как использовать ресурсы своего тела в целях общения Что такое «язык тела» и каким образом его усовершенствовать
Глава шестая Как использовать ресурсы своего тела в целях общения Что такое «язык тела» и каким образом его усовершенствовать …Во всем слушайтесь внутреннего голоса. Двигайтесь в согласии с диалогом, говорите, следуя движениям, с тою только оговоркой, чтобы это
Вера в мозге
Вера в мозге Как получается, что люди верят в то, что явно противоречит рассудку? Ответ содержится в теме данной книги: убеждения находятся на первом месте; причины для веры следуют за ними в подтверждение взгляда на реальность в зависимости от убеждений. Большинство