Връзките в мозъка и тяхното съответствие с неговите модели на дейност варират в различна степен в зависимост от пола и възрастта и това може да бъде генетично обусловено, предполага проучване, публикувано от изследователите на Weill Cornell Medicine. Изследването установява, че това може също да даде отражение върху познанието.
Резултатите, публикувани на 12 юли в Nature Communications, помагат да се хвърли светлина върху една от най-големите загадки в биологията - как работи мозъкът, според старшиq автор д-р Ейми Куцеески, доцент по математика в катедрата по радиология и по неврология в Института за изследване на мозъка и ума в Weill Cornell Medicine.
По-конкретно, изследването е първа стъпка към разбиране на връзката между физическото свързване в мозъка и неговия поток от активност.
"Ако искаме да можем ефективно да лекуваме неврологични или невропсихиатрични заболявания, трябва да разберем как взаимодействат структурата и функцията на мозъка", казва ученият.
За да започне да разкриването на тази мистерия, първият автор Цижин Гу, докторант в областта на електротехниката и компютърното инженерство в Корнел и член на Лабораторията за изчислителна свързаност, анализира данни от 941 млади здрави възрастни, участващи в Human Connectome Project. Проектът Human Connectome е огромно начинание, ръководено от Националния институт по здравеопазване за очертаване на всички пътища, свързани с човешката мозъчна функция.
Гу използва данни от ядрено-магнитен резонанс (ЯМР), за да изследва "окабеляването" на мозъка или сноповете миелинизирани аксони, които предават електрически сигнали. След това тя сравнява това с функционални данни от ЯМР в състояние на покой, които откриват моделите на мозъчната активност и могат да хвърлят светлина върху това как различните области на мозъка работят заедно, когато човек просто седи в ЯМР скенера. Използвайки тези инструменти, Гу показва, че връзката между мозъчното "окабеляване" (структурна свързаност) и коактивацията на мозъка (функционална свързаност) варира в различни части на мозъка.
Структурната и функционалната свързаност са най-тясно свързани в частите на мозъка, участващи в обработката на визуална информация, и подкорковите области на мозъка, участващи в дейности като памет и емоции, откриват учените. Но има по-малко съответствие между структурата и функцията на мозъка в лимбичната система на мозъка, която контролира неща като глада и реакцията на "борба или бягство", и малкия мозък, който координира движението.
Степента на съгласуваност между физическата структура на мозъка в тези региони и тяхната активност варира при отделните индивиди и е по-сходна при изследвани роднини, като братя и сестри или близнаци. По-конкретно, тясното съответствие между структурното свързване и функционалната активност на субкортикалните области и малкия мозък изглежда има силен генетичен компонент с близки прилики между родственици.
Степента на свързаност в различните области на мозъка също е свързана с възрастта, пола на хората и тяхното представяне при когнитивните тестове.
"Мъжете са склонни да имат по-висока структурна свързаност - функционална свързаност във вниманието и лимбичните мрежи, докато жените имат по-висока структурна свързаност - функционална свързаност в подкорковите мрежи", казва Гу.
Тези полови различия могат да помогнат да се обясни защо мъжете и жените често изпитват различни симптоми при мозъчни състояния като аутизъм или ADHD, обяснява д-р Ейми Куцеески. "Ако има различия между половете в структурното и функционалното подреждане в мозъка, това може да ни даде улики защо поведението или симптомите варират при мъжете и жените с известно нетипично развитие на мозъка", каза тя.
Екипът, който включва и учени от Лабораторията за изчислителна свързаност и от Инженерния колеж в Weill Cornell Medicine, планира по-нататък да анализира данните за деца, юноши и възрастни участници в Human Connectome Project, за да научи повече за връзката между мозъчната структура и функция през целия живот.
Те също така планират да "построят модек на мозъка в кутия“, използвайки математическо моделиране и машинно обучение, за да пресъздадат някои от моделите, които са детайлизирали в това проучване.
"Това проучване наистина е първа стъпка в разбирането на структурното и функционалното подреждане на човешкия мозък", казва Куцеески. "Можем да използваме тази информация, за да се опитаме да идентифицираме промените, които настъпват в резултат на мозъчно заболяване, което може да помогне за разработването на нови терапии."
Zijin Gu et al, Heritability and interindividual variability of regional structure-function coupling, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25184-4
