Indiana University nevrologer Olaf Sporns og Christopher Honey finne 98 prosent av hjernens aktivitet som andre forskere vurderer bare bakgrunnsstøy å være fascinerende og viktig.
Hjerner er alltid aktiv, selv når folk er i ro. I denne "hviletilstand" bølger av neural aktivitet ringvirkninger gjennom hjernen, skaper varierende og stadig skiftende mønstre. Sporns og Honey arbeid med modellering denne hjerneaktiviteten kaster nytt lys over hvordan og når disse mystiske svingninger oppstå, og gir innsikt i hva hjernen gjør når inaktiv.
"Noen mennesker ser hjernen i form av innganger og utganger, som en datamaskin. Hvis du gir en inngang, vil du få en bestemt utgang," sier Honey, en doktorgradsstudent i IU Bloomington Institutt for Psykologiske og Brain Sciences. "Vi tar en annen oppfatning. Vi tror at selv i fravær av en ekstern stimulans, er det svært viktige prosesser foregår i hjernen som påvirker stimulus-respons som hjernen vil produsere. Vi tror at pågående spontan aktivitet bør studeres i seg selv. Andre forskere anser dette for å være uviktig "støy" som bør filtreres ut. "
Honning og Sporns, førsteamanuensis ved Institutt for Psykologiske og Brain Sciences, tok en nærmere titt på den spontane aktiviteten i hjernen ved hvile. Med sin beregningsorientert tilnærming - som involverte å skape en storstilt datamodell av hjernen til en macaque ape - de viste at formen og mønster av svingningene bestemmes av hjernens koblingsskjema, dens neuroanatomy.
Deres modell kan også vise hvor sakte 5 - til 10-sekunders svingninger av aktivitet dukker naturlig fra mye raskere, kaotisk nevrale interaksjoner som vanligvis varer bare noen få millisekunder.
"Vår modell antyder at kortikale hviletilstand er ikke tid-invariant, men i stedet inneholder rik og innbyrdes temporale struktur på flere tidsskalaer som er formet av de underliggende strukturelle topologi," Sporns og Honey skrev i en artikkel som vises denne uken i Proceedings av National Academy of Sciences tidlig utgave online.
Artikkelen, som vil være tilgjengelig på http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.0701519104 , inneholder en kobling til en film som visualiserer hva spontane svingninger i ape hjerne ville se ut. Medforfatterne av artikkelen er Rolf K'tter, en neuroanatomist ved Radboud University i Nijmegen i Nederland, og Michael Breakspear, en kognitiv hjerneforsker ved University of New South Wales i Australia.
Når en person leser en bok eller snakker med en venn, oppstår oppgaverelaterte nevrale aktiviteten i ulike regioner av hjernen, men denne aktiviteten bare utgjør rundt 2 til 5 prosent av den totale aktiviteten i hjernen. Svingninger i samme størrelsesorden - de studerte ved Sporns og Honey - oppstår når en person er i ro, gjøre ingenting.
Arten av disse "hviletilstand svingninger" er et aktivt tema forskning i kognitiv nevrovitenskap, med sin mystiske opphav spørre en fremtredende forsker til å merke dem "hjernens mørk energi," Sporns sa. Så langt vet ingen hvorfor disse svingningene oppstår eller hva deres funksjon kan være.
Sporns og Honey foreslår at en nærmere titt på hjernens struktur kan gi et nytt perspektiv.