تم قلب نموذج عمره قرن – شكل الدماغ يهم أكثر من الاتصال العصبي

يلعب شكل دماغنا بدلاً من التفاعلات بين المناطق المختلفة دورًا محوريًا في التأثير على أفكارنا وعواطفنا وأفعالنا.

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

ومع ذلك ، فقد قامت دراسة حديثة بقيادة الفريق في معهد تيرنر للدماغ والصحة العقلية بجامعة موناش بفحص أكثر من 10000 خريطة مميزة لنشاط الدماغ البشري واكتشفت أن الشكل العام لدماغ الفرد له تأثير كبير على العمليات المعرفية والعواطف والسلوك أكثر من الاتصال العصبي المعقد.

الدراسة التي نشرت مؤخرا في المجلة المرموقة ، طبيعة يجمع مقاربات 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 والنشاط.

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

درس أليكس فورنيتو (إلى اليسار) وجيمس بانج أكثر من 10000 صورة بالرنين المغناطيسي لتحديد شكل الدماغ المهم. الائتمان: جامعة موناش

قال الدكتور بانغ: “يفتح العمل فرصًا لفهم آثار 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”.

قال: “لطالما اعتقدنا أن أفكارًا أو أحاسيس معينة تثير نشاطًا في أجزاء معينة من الدماغ ، لكن هذه الدراسة تكشف أن أنماطًا منظمة من النشاط يتم تحفيزها عبر الدماغ بأكمله تقريبًا ، تمامًا مثل الطريقة التي تنشأ بها النوتة الموسيقية من الاهتزازات التي تحدث على طول طول وتر الكمان بالكامل ، وليس مجرد جزء معزول”.

استخدم فريق البحث التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) لدراسة أنماط eigenmodes ، وهي الأنماط الطبيعية للاهتزاز أو الإثارة في نظام ما ، حيث يتم إثارة أجزاء مختلفة من النظام بنفس التردد. تُستخدم المودات الذاتية عادةً لدراسة الأنظمة الفيزيائية في مجالات مثل الفيزياء والهندسة ، وقد تم تكييفها مؤخرًا فقط لدراسة الدماغ.

ركز هذا العمل على تطوير أفضل طريقة لبناء كفاءة eigenmodes للدماغ.

قال المؤلف الرئيسي المشارك ، الدكتور كيفين أكينو ، من BrainKey وجامعة سيدني: “تمامًا كما يتم تحديد الترددات الرنانة لأوتار الكمان من خلال طولها وكثافتها وتوترها ، يتم تحديد أنماط eigenmodes للدماغ من خلال خواصها الهيكلية – الفيزيائية والهندسية والتشريحية – ، لكن الخصائص المحددة الأكثر أهمية ظلت لغزًا”.

قارن الفريق ، بقيادة معهد تيرنر وزميل كلية العلوم النفسية في ARC ، البروفيسور أليكس فورنيتو ، كيف يمكن للأوضاع الذاتية التي تم الحصول عليها من نماذج شكل الدماغ أن تفسر أنماطًا مختلفة من النشاط عند مقارنتها بالنماذج الذاتية التي تم الحصول عليها من نماذج اتصال الدماغ.

قال البروفيسور فورنيتو: “لقد وجدنا أن أنماط eigenmodes المحددة بواسطة هندسة الدماغ – ملامحها وانحناءها – تمثل أقوى قيد تشريحي على وظائف المخ ، تمامًا مثل شكل الأسطوانة التي تؤثر على الأصوات التي يمكن أن تصدرها”.

قال: “باستخدام النماذج الرياضية ، أكدنا التنبؤات النظرية بأن الارتباط الوثيق بين الهندسة والوظيفة مدفوع بنشاط يشبه الموجة ينتشر في جميع أنحاء الدماغ ، تمامًا كما يؤثر شكل البركة على تموجات الموجات التي تكونت من سقوط حصاة”.

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

وجد فريق البحث أنه عبر أكثر من 10000 خريطة نشاط التصوير بالرنين المغناطيسي ، تم الحصول عليها أثناء أداء الأشخاص لمهام مختلفة طورها علماء الأعصاب لاستكشاف الدماغ البشري ، كان النشاط يسيطر عليه الأنماط الذاتية ذات الأنماط المكانية التي لها أطوال موجية طويلة جدًا ، تمتد على مسافات تتجاوز 40 ملم.

قال الدكتور بانغ: “هذه النتيجة تتعارض مع الحكمة التقليدية ، حيث غالبًا ما يُفترض حدوث نشاط أثناء المهام المختلفة في مناطق بؤرية ومعزولة من النشاط المرتفع ، وتخبرنا أن الأساليب التقليدية لرسم خرائط الدماغ قد تظهر فقط قمة جبل الجليد عندما يتعلق الأمر بفهم كيفية عمل الدماغ”.

المرجع: “القيود الهندسية على وظائف الدماغ البشري” بقلم جيمس سي بانغ ، وكيفن إم أكينو ، وماريان أولدينكل ، وبيتر إيه روبنسون ، وبن دي فولشر ، ومايكل بريكسبير ، وأليكس فورنيتو ، 31 مايو 2023 ، طبيعة.
DOI: 10.1038 / s41586-023-06098-1