То же самое, кажется, относится и к мозгу. Каждая сеть расположена в определенном месте, что определяет ее функцию и соседей, а также вид функции, которая там выполняется. Однако правила, описывающие отношения между различными областями мозга, до сих пор не были хорошо поняты.
Ученые из Института когнитивных исследований человека и мозга им. Макса Планка в Лейпциге, Германия, и Forschungszentrum Juelich вместе с международной командой сотрудников расшифровали две оси, по которым организован человеческий мозг.
Было установлено, что эти оси в основном определяются генетическими факторами.
Одна ось тянется от задней (задней) к передней части коры. Это отражает функциональную иерархию от базовых способностей, таких как зрение и движение, до абстрактных, очень сложных навыков, таких как познание, память и социальные навыки. Вторая ось ведет от дорсальной (верхней) к вентральной (нижней) части коры.
В то время как вентральная система связана с функциями, приписывающими значение и мотивацию, дорсальная система может иметь отношение к пространству, времени и движению.
«Интересно, что это вертикальное расположение согласуется с давней гипотезой двойного происхождения», – говорит Софи Валк, руководитель исследовательской группы MPI CBS и Forschungszentrum Juelich и первый автор исследования, опубликованного в Science Advances.
Согласно этой гипотезе, кора головного мозга произошла из двух разных источников: миндалины и обонятельной коры, с одной стороны, и гиппокампа, с другой. Из этих источников возникли две разные линии коркового развития, отражающие волны от менее дифференцированных областей к более дифференцированным, начиная с каждого источника. Такие различия между вентральной и спинной областями были обнаружены у различных млекопитающих, таких как нечеловеческие приматы, кошки и крысы. Однако ученые вокруг Валка представили доказательства этого для всей коры головного мозга человека и показали, что это может быть вторым важным организационным принципом рядом с задне-фронтальной осью.
Эта двухосевая организация, в свою очередь, во многом определяется генетической связью между областями мозга. Это означает, что связь между структурой двух областей мозга обусловлена общими генетическими эффектами. Более того, аналогичные оси были обнаружены в мозге макак, что указывает на то, что эти оси сохранились в процессе эволюции приматов. «В то же время, даже если гены и эволюция формируют организацию структуры мозга, мы не должны забывать, что окружающая среда также играет решающую роль в формировании нашего мозга и разума», – говорит Валк. «Хотя в текущем исследовании мы сосредоточились именно на этих генетических эффектах, другая работа нашей команды показала, что поведенческое обучение также может изменять структуру мозга.«Планируются дальнейшие исследования, чтобы понять, как взаимодействуют эти два фактора, которые формируют структуру мозга.
Понимать основные оси организации мозга – все равно что иметь компас, и он может помочь лучше ориентироваться в мозгу. «Мы можем лучше понять эволюцию и функции конкретных регионов и лучше оценить влияние заболеваний головного мозга», – добавляет Валк. Например, предыдущая работа авторов показала, что организационные оси различаются между людьми с расстройством аутистического спектра и здоровыми людьми из контрольной группы.
Ученые исследовали организацию структуры мозга, используя многоуровневый подход. Во-первых, они использовали монозиготных и дизиготных близнецов, а также неродственных людей, чтобы смоделировать, какая часть организации мозга определяется генетически. Они измерили, как толщина коры головного мозга коррелировала в группе людей, что предоставило информацию о структурных отношениях и отношениях развития между различными областями мозга.
Если, например, у монозиготных близнецов определенные отношения были сильнее, чем у других братьев и сестер, это, вероятно, было бы связано с генетическими факторами. Используя генетическую информацию о взаимоотношениях между различными областями мозга, они вычислили основные оси, по которым организованы генетически похожие структуры мозга. Они также сравнили организацию мозга у людей с таковой у макак.
Обнаружив аналогичные оси у этих животных, они пришли к выводу, что эта организация сохраняется на протяжении всей эволюции приматов.