Достижения мозга. Как этот орган стал самой сложной и влиятельной частью тела человека

Этот анализ касается функциональных нейронных связей, которые не следует ошибочно отождествлять с анатомическими нейронными связями, хотя они действительно частично зависят друг от друга: если два участка напрямую связаны пучком белого вещества (то есть анатомической связью), они «разговаривают между собой» более свободно и поэтому более способны к взаимной активации, что приводит в таком случае к функциональной связи. Тем не менее два участка мозга могут синхронизироваться друг с другом даже при отсутствии прямых коммуникационных путей, например, если их активность определяется третьим соединяющим их участком.

Другим научным достижением стало то, что анатомические связи теперь могут визуализироваться в живом мозге довольно детально благодаря трактографии белого вещества. Аппарат, в котором размещают пациента, тот же, что и для фМРТ, но используется другой физический феномен – диффузия молекул воды (речь идет о диффузионной спектральной или диффузионно-взвешенной томографии). Дело в том, что в биологических тканях вода встречается с препятствиями, которые мешают ее диффузии. Молекулы воды распространяются не по всем возможным направлениям, а только по тем из них, которые определены этими физическими границами. В мозге эти препятствия, как правило, образованы мембраной, покрывающей аксоны, особенно если она окружена миелином.

Итак, техника моделирования выявляет движения молекул воды в ткани мозга, а математические алгоритмы воспроизводят траекторию крупных пучков аксонов. Программное обеспечение визуализации окрашивает затем произвольными цветами эти изображения анатомических пучков (рисунок 17).

Сегодня большие базы данных нейровизуализации, полученные в результате обследования сотен пациентов, как, например, Human Connectome Project, находятся в открытом доступе в интернете.

Будущее визуализации мозга

Итак, эти визуализации функциональных нейронных сетей (фМРТ) и анатомических нейронных сетей (диффузионная спектральная томография) отличаются. Между тем у этих двух сетей есть и нечто общее, раз уж обе они являются частью структуры одного и того же мозга! Как же тогда установить связь между двумя различными источниками информации?

В решение этой проблемы внес недавно существенный вклад коллектив ученых под руководством Мишеля Тибо де Шоттена из университета Бордо. Нейробиологи объединили результаты многочисленных данных, полученных с помощью фМРТ, которые были опубликованы на сайте Human Connectome Project. Для доказательства правильности своего подхода ученые выбрали регистрации, соответствующие точно поставленным задачам: выполнить движение (постучать пальцем, сжать пальцы ног), задействовать оперативную память (например, вспомнить номер телефона, который только что дали) и мобилизовать язык (понять смысл историй или математических задач). Те участки мозга, которые вовлекаются в эту активность, выявленную с помощью фМРТ, проецируются на объединяющие их пучки белого вещества – они, в свою очередь, определяются с помощью диффузионной спектральной томографии (рисунок 16). Полученные результаты не только выявили главные участки, в которых протекали эти процессы (в верхней части рисунка), но и позволили установить, какие анатомо-функциональные сети служат основой для реализации этих функций (в нижней части). Информация о структурных нейронных сетях приобщается таким образом к функциональному анализу. В итоге мы наблюдаем взаимодействие различных областей мозга, а не рассматриваем независимый вклад каждого из них в мозговые функции.

16. Изучение нейронных сетей, когда участники эксперимента слушают историю. См.: Nozais, V., Forkel, S.J., Foulon, C. et al., Funnectionnectome as a framework to analyse the contribution of brain circuits to fMRI, Communications Biology, вып. 4, № 1035, 2021 г.

Эта интеграционная работа главных компонентов нейронной сети мозга еще только в самом начале. Тем не менее речь идет о перспективном направлении, следуя которому нам будет легче понять, как этот столь сложный орган позволяет нам взаимодействовать с миром вокруг нас.

Глава 4 Речевые нейросети

«Он все понимает – только не говорит», – часто слышим мы о домашних питомцах. Следует признать, что хотя животные ревут, хрюкают, шипят и так далее, то с артикуляцией у них в процессе коммуникации все гораздо хуже. Как же получилось так, что мы обрели дар речи, и откуда эта способность? Эти вопросы позволяют познакомиться с удивительными особенностями строения мозга.

Левостороннее движение по речевой автостраде