Новая сеть мозга, отвечающая за сложные движения, может изменить то, что мы знаем о нейронных картах в первичных моторных областях!
Даже перед выступлением перед большой аудиторией у вас могут вспотеть ладони, участиться сердцебиение и напрячься плечи.
О том, почему это происходит, и как психические состояния, например эмоции, влияют на тело в преддверии события, известно мало. Однако теперь исследователи обнаружили ранее не изученную сеть мозга, которая может стоять за этой связью между разумом и телом, согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Nature.
Недавно обнаруженная сеть включает в себя как моторную кору, так и когнитивные области мозга, опровергая давно бытовавшее мнение о том, что моторная кора участвует только в производстве движений.
“Исследование очень интересное, очень захватывающее”, – говорит Майкл Грациано, нейробиолог из Принстона, который не принимал участия в исследовании.
Первичная моторная кора расположена в задней части лобных долей, около виска. Доминирующая парадигма гласит, что моторная кора является упрощенной. Планирование, познание и сознательное инициирование движений происходит в других местах мозга; моторная кора только принимает эти сигналы, передавая их непосредственно мышцам!
Моторная кора организована таким образом, что соотносится с искаженным представлением человеческого тела, называемым корковым гомункулусом, где большие участки коры отведены под части тела, способные к тонкому моторному контролю. Эта карта организована упорядоченно: верхняя часть коры контролирует пальцы ног, а нижняя, около уха, – голову. Соавтор исследования Эван Гордон объясняет, что гомункулус – одна из самых укоренившихся идей в нейронауке о коре головного мозга. “Это одна из первых вещей, о которых вы узнаете в аспирантуре”, – говорит он.
“Эта идея восходит к 1870 году”, – говорит Грациано, который изучал моторную кору более десяти лет. “Сейчас прошло 150 лет с момента открытия этой моторной карты. И это очень традиционно… и укоренилось”.
“Но это уже неправда”
Гордон и Нико Дозенбах, неврологи из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, не ставили перед собой задачу открыть новую сеть мозга или опровергнуть идею о гомункулусе коры. Гордон изучает мозг с помощью метода, называемого прецизионной фМРТ, который предполагает сканирование мозга одного и того же человека снова и снова, чтобы в итоге, как следует из названия, получить чрезвычайно точные показания. По словам Гордона, этот метод “выжимает шум из данных”, усредняя большое количество данных от одного человека вместо усреднения по нескольким людям, как это часто бывает в исследованиях фМРТ. Гордон лишь недавно обратил свое внимание на моторную кору, ожидая, что легко найдет карты тела.
В поисках гомункулуса Гордон и Дозенбах просканировали мозг семи участников, которые находились в состоянии покоя или выполняли движения, например, подмигивали или сгибали колени.
По мере сканирования участников исследователи стали снова и снова наблюдать одни и те же странные результаты. “Мы продолжали наблюдать три различные области в первичной моторной коре, которые были очень сильно связаны друг с другом в пределах одного полушария”, – объясняет Гордон. “Честно говоря, некоторое время мы не обращали на это внимания”.
Но они продолжали видеть эти странные области. И в конце концов они решили изучить этот феномен. “Когда проводишь подобные эксперименты, очень легко увидеть вещи, которые не совсем понятны с традиционной точки зрения, и решить, что это просто шум”, – говорит Грациано.
В то время как некоторые области моторной коры активировались, когда участники двигали только одной частью тела, что говорит о том, что они непосредственно связаны с этим движением или частью тела, эти странные области коры активировались в ответ на скоординированные движения нескольких частей тела одновременно, что нарушает идею гомункулуса.
Далее команда проанализировала три больших общедоступных набора данных фМРТ, содержащих данные 50 000 человек: Human Connectome Project, Adolescent Brain Cognitive Development Study и UK Biobank. Все наборы данных показали одно и то же: три взаимосвязанные области в моторной коре, которые не были привязаны ни к одной части тела.
На основе этих данных исследователи изучили информацию о связях в поисках областей мозга с координированной активностью, которая могла бы указывать на то, что эти области являются частью одной и той же сети. Они обнаружили, что три вновь открытые области первичной моторной коры связаны с цингуло-оперкулярной сетью (CON) – областью мозга, которая связана с действиями, целями, возбуждением и болью. “Мы считаем эту сеть одной из самых умных сетей в мозге, потому что она осуществляет высокоуровневое планирование”, – объясняет Гордон. Сеть также задействовала несколько других моторных и сенсорных областей мозга. В целом они назвали эту сеть сомато-когнитивной сетью действий, или SCAN, предположив, что эта сеть связывает цели, физиологию и движение тела.
См. статью “Речь декодируется на основе активности мозга в области, отвечающей за управление руками”.
Хотя активность SCAN присутствовала и в более крупных наборах данных, Гордон подозревает, что результат был налицо все это время, но они и другие просто отмахнулись от результатов.
Исследователи обнаружили аналогичную сеть у нечеловеческих приматов, используя данные фМРТ у макак. У обезьян SCAN также была связана с участками мозга, контролирующими такие вещи, как сердцебиение и дыхание, что привело исследователей к выводу, что одной из обязанностей сети может быть приведение организма в состояние боевой готовности в ответ на стимул, например, стрессовое событие.
Хотя связи между областями мозга, контролирующими вегетативные функции, и SCAN не были обнаружены у людей, Гордон говорит, что в будущем он хотел бы изучить связь между SCAN и физиологическими изменениями в ответ на тревогу или стресс, особенно у людей с тревожными расстройствами.
Трудно выделить четкую функцию сети, поскольку данные фМРТ могут установить только корреляцию между поведением и активностью мозга, предупреждают исследователи, но они добавляют, что из подобных наборов данных можно многое почерпнуть. “Я думаю, что мы все еще работаем над тем, что это значит. Но это действительно революционизировало наше представление о том, как мозг помогает вам планировать и выполнять действия”, – говорит Гордон.
