Mozky „groovy“ mohou být efektivnější

Mnoho drážek a jamků na povrchu mozku je pro lidi jedinečné, ale často jsou propuštěny jako nezajímavý důsledek zabalení neobvykle velkého mozku do příliš malé lebky.

Neurovědci však zjišťují, že tyto záhyby nejsou pouhými artefakty, jako jsou nafouklé záhyby, které dostanete, když nutí spací pytel do pytle. Hloubky některých z nejmenších z těchto drážek se zdají být spojeny se zvýšenou vzájemnou propojeností v mozku a lepším uvažování schopnost.

Ve studii Publikováno v Journal of NeuroscienceKalifornská univerzita v Berkeley vědci ukazují, že u dětí a dospívajících jsou hloubky některých malých drážků korelovány se zvýšenou konektivitou mezi oblastmi mozku – boční Prefrontální kůra a laterální parietální kůra-zapojené do uvažování a dalších kognitivních funkcí na vysoké úrovni.

Drážky mohou tyto oblasti ve skutečnosti přiblížit k sobě ve vesmíru, zkrátit spojení mezi nimi a překročení komunikace.

Vědci tvrdí, že důsledkem je, že variabilita v těchto malých drážkách, které se nazývají terciární Sulci, může pomoci vysvětlit individuální rozdíly v kognitivním výkonu a mohl by sloužit jako diagnostické ukazatele nebo biomarkery schopností uvažování nebo neurodevelopmentálních poruch.

„Podnětem pro tuto studii bylo vidět, že sulcal hloubka korelovala s uvažováním u dětí a dospívajících,“ řekla Silvia Bunge, profesorka psychologie a člen UC Berkeley’s Helen Wills Neuroscience Institute (HWNI). „Vzhledem k našim předchozím zjištěním se náš bývalý postdoktorand Suvi Häkkinen zaměřil na testování, zda sulkální hloubka korelovala s výkonem uvažování a otestovat, zda vzorce koordinované aktivity v laterální prefrontální parietální síti mohou vysvětlit tento vztah mezi sulkální hloubkou a uvažováním.“

„Měli jsme explicitní předpovědi o tom, které terciární Sulci v laterální prefrontální kůře by byly funkčně spojeny s terciárním Sulci v laterální parietální kůře, a to by se rozvinulo,“ dodal Kevin Weiner, uc Berkeley docent psychologie a neurovědy a člena HWni. „Prefrontální a parietální kortice stranou je hypotéza, že tvorba Sulci vede ke zkráceným vzdálenostem mezi spojenými mozkovými oblastmi, což by mohlo vést ke zvýšené nervové účinnosti, a pak zase individuální rozdíly ve zlepšeném poznání s translačními aplikacemi.“

„Korttex je do mozku náhodně drsný – to je to, co jsem se vždy učil,“ řekl Bunge. „Kevin přišel a změnil názor na Sulci.“

Kopce a údolí mozku

Mozky většiny zvířat, včetně savců, mají hladké povrchy. Primáti mají kopce a údolí pokrývající jejich mozkovou kůru. Zatímco jedna skupina primátů, opice Nového světa zvaného Marmosets, mají mělké, stěží vnímatelné sulci, lidé u lidí jsou hluboce nařízeni, přičemž v těchto záhybech je pohřbena 60% a 70% kůry.

Kortikální vzorce skládání u lidí se také mění s věkem a stanoví svou konečnou strukturu pozdě v prenatálním vývoji a zároveň se stává méně prominentní ve stáří.

„Zatímco Sulci se může změnit nad vývojem, prohloubit se nebo mělčí a vyvíjet tenčí nebo silnější šedou hmotu – pravděpodobně způsobem, který závisí na zážitku – naše konkrétní konfigurace Sulci je stabilní individuální rozdíl: jejich velikost, umístění a dokonce i pro několik sulci, ať už jsou přítomné nebo nepřítomné,“ řekl Bunge, který studuje abstraktní důvody u mladých lidí.

Nejmenší drážky, z nichž mnohé jsou jedinečně lidské, se nazývají terciární sulci, protože se objevují naposledy v prenatálním vývoji a nikdy nejsou tak hluboké jako hlavní nebo primární sulci, které jsou na mozkovém povrchu nejvíce patrné.

Vědci spekulovali, že terciární Sulci se objevují v částech lidského mozku, které se během evoluce nejvíce rozšířily a mají zdlouhavý vývoj a že jsou pravděpodobně spojeny s aspekty poznání-odsouzení, rozhodování, plánování a sebeovládání-které se vyvíjejí během zdlouhavého dospívání.

Ale před touto studií však chyběly důkazy o spojení mezi terciárním sulci a mozkovým konektivitou. Studie UC Berkeley je jednou z mála, a to vše v posledních několika letech, aby poskytla takový důkaz.

Sulci spojená s poznáváním

Weiner a Bunge uvedli, že jako vysokoškoláci se nikdy nenaučili, jak definovat terciární Sulci; Často zkoumali skenování průměrných mozků, které neodpovídaly žádné konkrétní jednotlivci.

Weiner si všiml tohoto nesouladu jako vysokoškoláka.

„V té době jsem věděl jen to, že jsem měl nějaké kortikální svižné, které nebyly v průměrných mozkových atlázách, které jsme měli v laboratoři. Takže otázka, kterou jsem položil své mentory, Sabine Kastner a Charlie Gross, byla:„ Mám různé struktury, které nejsou v našich atlácích nebo jsou z těchto atlasů chybějící? “Řekl.“ Řekl. “Řekl. „To mě poslalo 15letou králičí díru, která studovala jeden konkrétní terciární sulcus ve vizuální kůře.“

Tato práce ukázala, že specifický sulcus, středně-fusiformní sulcus, se pohyboval v délce od malých 3 milimetrů až po 7 centimetrů u dané osoby. Navíc, čím déle je sulkus, tím lepší člověk zpracovával a rozpoznával lidské tváře.

„Asi 2% jednotlivců má vývojovou prosopagnosii, což znamená, že nemohou vnímat tváře a nemají žádné poškození mozku,“ řekl. „Ten sulcus, zejména na pravé hemisféře, je u těchto lidí kratší a mělčí než v tom, co označujeme jako neurotypické kontroly.“

Stav na této králičí díře, Bunge a Weiner přemýšleli, zda terciární Sulci v jiných oblastech mozku, mimo jednotky vizuálního zpracování, také korelovaly s kognitivní schopností. Po přechodu do UC Berkeley v roce 2018 začal Weiner zkoumat prefrontální kůru – lomovaný před mozkem za čelo – ve spolupráci s Bunge, který chtěl otestovat, zda by Sulci v této oblasti byl spojen s uvažováním.

V článku 2021 se oba spolupracovali na definování všech menších sulci v laterální prefrontální kůře a vytvořili počítačový model, který identifikoval terciární sulci jako přispívající nejvíce variace v schopnosti uvažování.

„Model identifikoval, že v laterální prefrontální kůře jsou terciární Sulci, které přispívají k dovednostem uvažování u dětí,“ řekl Weiner.

Weiner, Bunge a jejich kolegové pečlivě katalogizovali terciární sulci v boční části, který se v nové studii rozšířil o tuto práci v nové studii Parietální kůraNachází se pod a těsně za korunou lebky a zkoumal její funkční spojení s sulci laterální prefrontální kůře.

Pro obě studie studovali 43 účastníků, z toho 20 žen, kteří se pohybovali ve věku od 7 do 18 let. Funkční magnetická rezonance Skener zobrazování (fMRI), účastníci dostali úkol. Vědci se zaměřili na mozkovou aktivitu u 21 sulci, které identifikovali v každé hemisféře mozku, a funkční spojení mezi těmito sulci – včetně poprvé terciární sulci.

U těchto jedinců byla větší hloubka pro několik sulci zapojených do uvažování spojena s vyšší síťovou centralitou napříč sadou prefrontálních a parietálních sulci.

Zkušenost ovlivňuje Sulci

Bunge poukázal na to, že souvislost mezi hloubkami Sulci a uvažováním nedrží pro všechny sulci a že sulcální hloubka se může se zkušenostmi změnit.

„Myslíme si, že kapacita jednotlivce pro uvažování je stanovena do kamene na základě jejich kortikálního skládání? Ne,“ řekla. „Kognitivní funkce závisí na variabilitě v různých anatomických a funkčních rysech, a co je důležité, víme, že zkušenost, jako je kvalita vzdělávání, hraje silnou roli při utváření kognitivní trajektorie jednotlivce a že je poddařitelná, dokonce i v dospělosti.“

Weinerova laboratoř vytváří počítačový program, který pomáhá vědcům identifikovat terciární Sulci v lidském mozku. Většina programů identifikuje pouze asi 35 Sulci, ale když jsou zahrnuty terciární Sulci, je jich více než 100, včetně nových, které jejich laboratoře odkryly dohromady. Tvrdí, že Sulci může sloužit jako orientační body pro srovnání mozků mezi jednotlivci, protože mozky se tolik liší.

„Desítky mozkových map byly navrženy za posledních pět let, ale nesouhlasí s oblastmi přidružených regionů v kůře a mezi oblastmi na skupině a individuální úroveň existují nesoulady,“ řekl Weiner. „Zkoumání síťové architektury založené na individuální sulcální morfologii obchází tyto neshody a neshody, s možností získat vhled na úrovni sítě z místní sulcal anatomie, která je specifická pro daného jednotlivce.“

Kromě Bunge a Weinera jsou dalšími spoluautory UC Berkeley z článku bývalý postdoktorand Suvi Häkkinen, bývalý postgraduální student Willa Voorhies, bývalí vysokoškoláci Ethan Willbrand a Jewellia Yao a bývalí hostující vědci Yi-Heng Tsai a Thomas Gagnant.