نموذج عمره قرن انقلب رأساً على عقب – شكل الدماغ أكثر أهمية من الاتصال العصبي

يلعب شكل دماغنا دورًا أكثر أهمية في التأثير على أفكارنا وعواطفنا وأفعالنا من التفاعلات بين الأجزاء المختلفة.

لأكثر من مائة عام ، اعتقد العلماء أن أفكارنا ومشاعرنا وأحلامنا تتشكل بالطريقة التي تتواصل بها مناطق الدماغ المختلفة من خلال شبكة واسعة من تريليونات الاتصالات الخلوية.

ومع ذلك ، قامت دراسة حديثة بقيادة معهد تيرنر للدماغ والطب النفسي بجامعة موناش بفحص أكثر من 10000 خريطة فريدة لنشاط الدماغ البشري ووجدت أن الشكل العام لدماغ الشخص له تأثير أكبر على العمليات المعرفية والعواطف والسلوك من الاتصال العصبي المعقد.

الدراسة التي نشرت مؤخرا في المجلة المرموقة ، طبيعة فهو يجمع بين مناهج من الفيزياء وعلم الأعصاب وعلم النفس لقلب النموذج الذي مضى عليه قرن من الزمان والذي يؤكد على أهمية اتصال الدماغ المعقد ، وبدلاً من ذلك يحدد العلاقة التي لم يتم تقديرها سابقًا بين شكل الدماغ ووظيفته.

قال المؤلف الرئيسي والباحث الدكتور جيمس بانج ، من معهد تيرنر وكلية العلوم النفسية بجامعة موناش ، إن النتائج كانت مهمة لأنها بسّطت إلى حد كبير الطريقة التي ندرس بها كيفية عمل الدماغ وتطوره وتقدمه في العمر.

قام أليكس فورنيتو (على اليسار) وجيمس بونج بتحليل 10000 صورة بالرنين المغناطيسي لتحديد شكل الدماغ. الائتمان: جامعة موناش

قال الدكتور بانغ: “يفتح هذا العمل فرصًا لفهم تأثيرات أمراض مثل الخرف والسكتة الدماغية من خلال النظر في نماذج لشكل الدماغ ، والتي يسهل التعامل معها كثيرًا مقارنة بنماذج مجموعة كاملة من الاتصالات في الدماغ”.

وقال: “لطالما اعتقدنا أن أفكارًا أو مشاعر معينة تثير نشاطًا في مناطق معينة من الدماغ ، لكن هذه الدراسة تكشف أن أنماط النشاط المنظمة يتم تحفيزها عبر الدماغ بالكامل تقريبًا ، وليس فقط منطقة معزولة ، تمامًا كما تنشأ نغمة موسيقية من الاهتزازات على طول طول وتر الكمان”.

استخدم فريق البحث التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) لدراسة أنماط eigenmodes ، وهي أنماط طبيعية للاهتزاز أو الإثارة في نظام يتم فيه إثارة أجزاء مختلفة من النظام بنفس التردد. تستخدم المودات الذاتية بشكل شائع في مجالات مثل الفيزياء والهندسة لدراسة الأنظمة الفيزيائية ، وقد تم تكييفها مؤخرًا لدراسة الدماغ.

يركز هذا العمل على تطوير طريقة أفضل لتوليد الأنماط الذاتية للدماغ بكفاءة.

قال الدكتور كرافين أكوي ، المؤلف الرئيسي المشارك للدراسة: “تمامًا كما يتم تحديد الترددات الرنانة لوتر الكمان من خلال طوله وكثافته وتوتره ، يتم تحديد أنماط eigenmodes للدماغ من خلال خصائصه الهيكلية – الفيزيائية والهندسية والتشريحية – لكن الخصائص المحددة الأكثر أهمية تظل لغزًا”.

قارن فريق بقيادة معهد تيرنر ومدرسة العلوم النفسية ، البروفيسور أليكس فورنيتو ، الحائز على جائزة ARC ، كيف يمكن للأوضاع الذاتية المستمدة من نماذج شكل الدماغ أن تفسر أنماط النشاط المختلفة مقارنةً بالنماذج الذاتية المشتقة من نماذج اتصال الدماغ.

قال البروفيسور فورنيتو: “وجدنا أن الرموز الذاتية التي تحددها هندسة الدماغ – معالمها وانحنائها – تمثل قيدًا تشريحيًا قويًا على وظائف المخ ، ويؤثر شكل الأسطوانة على الأصوات التي يمكن أن تنتجها”.

وقال: “باستخدام النماذج الرياضية ، أكدنا التنبؤات النظرية بأن العلاقة الوثيقة بين الهندسة والوظيفة مدفوعة بنشاط يشبه الموجة ينتشر في جميع أنحاء الدماغ ، تمامًا مثل شكل البركة التي تؤثر على موجات المد والجزر الناتجة عن سقوط حصاة”.

“تثير هذه النتائج إمكانية التنبؤ بوظيفة الدماغ مباشرة من شكله ، وفتح مجالات جديدة للتحقيق في كيفية مساهمة الدماغ في الفروق الفردية في السلوك وخطر الإصابة بالأمراض النفسية والعصبية.”

في أكثر من 10000 خريطة نشاط التصوير بالرنين المغناطيسي التي تم الحصول عليها أثناء أداء مجموعة متنوعة من المهام التي طورها علماء الأعصاب لدراسة الدماغ البشري ، وجد فريق البحث أن النشاط كان يهيمن عليه الأنماط الذاتية ذات الأنماط المكانية ذات الأطوال الموجية الأطول من 40 ملم.

قال الدكتور بانغ: “هذه النتيجة تتعارض مع الحكمة التقليدية ، حيث غالبًا ما يُعتقد أن النشاط أثناء المهام المختلفة يحدث في أنشطة بؤرية ومعزولة عالية المستوى ، وتخبرنا أن الأساليب التقليدية لرسم خرائط الدماغ قد تظهر فقط قمة جبل الجليد عندما يتعلق الأمر بفهم كيفية عمل الدماغ”.

ملاحظة: James C. بونج ، كيفن م. أكينو ، ماريان أولدنكل ، بيتر أ. روبنسون ، بن د. فولشر ، مايكل بريكسبير وأليكس فورنيتو ، 31 مايو 2023 ، “القيود الهندسية على وظيفة الدماغ البشري.” طبيعة.
DOI: 10.1038 / s41586-023-06098-1