Una sonda degli scaglioni superiori della catena di comando del cervello umano ha trovato la prova ben fondata che ci sono non un ma due comandanti complementari incaricati del cervello, secondo i neuroscenziati alla Scuola di Medicina dell'Università di Washington a St. Louis.
È come se Capitani James T. Kirk e Jean-Luc Picard siano stati sia sul ponte che al comando della stessa Impresa di starship.
In realtà, questi due capitani sono le reti delle regioni del cervello che non si consultano ma ancora lavorare verso uno scopo comune - controllo adi comportamento volontario e orientato a scopo. Ciò comprende una vasta gamma di attività dalla lettura della parola alla ricerca una stella a cantare una canzone, ma probabilmente non comprende i comportamenti involontari quale controllo della frequenza del polso o della digestione.
“Questa era una grande sorpresa. Abbiamo saputo che parecchie regioni del cervello contribuiscono a controllo dall'alto in basso, ma la maggior parte di noi pensiero noi finalmente avrebbero mostrato tutte quelle regioni che si collegano insieme in un sistema, un piccolo tipo sulla cima che dice tutti gli altri che cosa fare,„ dice l'autore senior Steven Petersen, il Ph.D., James S. McDonnell il Professor della Neuroscienza Conoscitiva ed il professor della neurologia e della psicologia.
I risultati, pubblicati online questa settimana negli Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze, possono aiutare gli sforzi per capire gli effetti del trauma cranico e per sviluppare le nuove strategie per trattare tali lesioni.
“Per esempio, in rare occasioni i pazienti con i traumi cranici svilupperanno i comportamenti che sono diretti a stimolo: Ogni volta che incontrano uno stimolo particolare, rispondono esattamente lo stesso modo,„ spiegano primo l'autore Nico Dosenbach, uno studente di M.D./Ph.D. “Un uomo con un trauma cranico ha cominciato spogliarsi ogni volta che ha veduto un letto, indipendentemente da se era in un negozio di mobili o nella sua propria camera da letto. Questa ricerca può aiutarci a capire che cosa sta accadendo a questi pazienti.„
Lo studio è seguito ad un documento 2006 da Dosenbach, da Petersen e da altri. Negli esperimenti più iniziali, i ricercatori hanno identificato le regioni del cervello che erano coerente attive come volontari per un compito mentale. Hanno suggerito che le regioni stessero creando gli insiemi di compito, pianificazioni per usando i talenti specializzati di varie regioni del cervello per raggiungere uno scopo. L'applicazione delle capacità intellettuali nei modi su misura è al centro delle capacità ardue del cervello. Significa che il cervello può catturare un singolo stimolo (per esempio, vedendo la parola stampata “cane„ ad una pagina) e fare molte cose differenti con (colto ad alta voce, creare una maschera mentale o elaborare una lista dei verbi associati).
Il gruppo di Petersen finalmente ha identificato 39 regioni del cervello che sono diventato coerente attive prima che il cervello andasse lavorare ad un compito. Hanno fatto questa con le scansioni funzionali (MRI) di imaging a risonanza magnetica, che tengono la carreggiata i livelli dell'ossigenazione di sangue in varie regioni del cervello come mansioni mentali complete dei volontari. Gli aumenti dell'ossigenazione di Sangue ad una regione particolare del cervello indicano che la regione sta contribuendo ad un compito.
Per il nuovo studio, Dosenbach, Petersen ed i colleghi compreso la Fiera di Damien del dottorando e Bradley Schlaggar, M.D., Ph.D., hanno usato una connettività funzionale chiamata differente MRI dello stato di riposo di tecnica di rilevamento del cervello. Per questa tecnica, i volontari sono chiesti di rilassarsi mentre i loro cervelli sono scanditi invece di lavorare ad un compito. I Ricercatori nei laboratori del co-author Marcus Raichle, M.D. ed altrove hanno indicato che le variazioni nei valori di MRI accadono anche quando i volontari sono in ozio e che queste variazioni possono essere studiate per le comprensioni utili nella funzione e nell'architettura del cervello.
Per migliorare la loro analisi, Dosenbach e Petersen si sono girati verso la teoria dei grafi, una filiale di matematica che rappresenta graficamente visivamente le relazioni fra le paia degli oggetti.
“Un simile approccio è utilizzato nella cacciagione di partito Sei Gradi di Kevin Bacon,„ note di Petersen. “Usate le connessioni accoppiate - aspetti nello stesso film, relazioni coniugali - per andare da un'attore o attrice ad un altro finché non abbiate identificato una catena delle connessioni che collegano Kevin Bacon e un altro esecutore che non era immediatamente ovvio.„
Facendo Uso di una tecnica analitica originalmente sviluppata dal gruppo di Raichle, gli scienziati hanno impiegato la connettività funzionale MRI dello stato di riposo per identificare le paia delle regioni del cervello dove i livelli dell'ossigeno di sangue sono aumentato approssimativamente e caduto nello synch a vicenda, implicanti le regioni probabilmente lavorano insieme. Hanno rappresentato graficamente i risultati, rappresentanti ogni regione del cervello con una forma. Hanno dissipato una riga fra le regioni accoppiate del cervello se i loro reticoli dell'ossigenazione di sangue correlassero abbastanza strettamente.
“Potreste prevedere che tutto fosse connesso a tutto ed otterreste l'ordinamento di grande disordine e non molte informazioni,„ Dosenbach dice. “Ma quello è per niente che cosa abbiamo trovato. Anche ai bassi livelli di correlazione, c'erano due lati a questi grafici. Le regioni del Cervello da qualsiasi lato hanno avute connessioni multiple ad altre regioni dal loro lato, ma non hanno connesso mai alle regioni dal lato opposto.„
Non è senza precedenti avere un sistema stabile indipendente controllato da due o più supervisori. Infatti, questo è un reticolo comune conosciuto come un sistema adattabile complesso. Gli Scienziati usano un approccio chiamato dinamica della rete per studiare questi sistemi nella biologia, nell'ecologia, nell'economia, nell'informatica, nella sociologia ed in altra discipline.
Come altro esempio di un sistema adattabile complesso, Petersen cita la temperatura corporea, che è regolamentata da parecchi fattori indipendenti compreso le ghiandole sudoripare, il metabolismo ed il livello di radioattività. Quando un fattore gestente va storto, altri possono provare a compensarlo.