Американские нейробиологи показали, что передняя часть лобной коры мозга – область, отвечающая за планирование, рабочую память и управление вниманием – устроена принципиально иначе, чем следует из стандартных нейровизуализационных исследований.
Вместо широких плавных зон, которые видны на усредненных групповых картах, у каждого отдельного человека эта область представляет собой плотную мозаику из крошечных, переплетенных друг с другом участков разных мозговых сетей. Авторы обнаружили в этой мозаике повторяющиеся паттерны, общие для большинства людей, и показали, что при выполнении разных когнитивных задач активируются разные части мозаики. Работа опубликована в журнале Neuron.
Передняя часть лобной коры – латеральная префронтальная кора – считается ключевым центром исполнительных функций: планирования, рабочей памяти, управления вниманием. На протяжении десятилетий ее изучали с помощью функциональной МРТ, записывая активность мозга у больших групп и усредняя результаты. Такой подход хорошо работает для устойчивых структур вроде моторной или зрительной коры, но лобная кора принадлежит к самым вариабельным областям мозга. Когда данные усредняют, четкие индивидуальные границы смазываются и превращаются в плавные переходы. Стандартные модели описывают лобную кору как область с несколькими широкими зонами – большая сеть контроля, плавно переходящая в зоны речи или социального мышления. И это противоречит нейроанатомии, так как у животных в аналогичных зонах обнаруживают множество мелких смежных областей с разными связями.
Авторы исследования применили «точечную нейровизуализацию». Вместо сканирования большой группы один раз они собрали около восьми часов МРТ-данных от каждого из десяти участников – два часа в покое и шесть часов во время задач. Данные в покое позволили построить карту мозговых сетей каждого человека. Сети – это группы областей мозга, которые синхронно активируются в покое и образуют функциональные системы (сеть контроля, речевая сеть, «сеть по умолчанию» и другие). Задачи охватывали 11 когнитивных задач – чтение и прослушивание речи, ответы на вопросы о чужих убеждениях и чувствах, воспоминания и воображение будущего, тесты на рабочую память и удержание внимания. Ключевые результаты воспроизвели на независимом наборе данных – это были шесть человек, которых сканировали на МРТ с напряженностью поля 7 Тесла (очень высокая, обычная клиническая МРТ проводится на 3 Тесла).
Оказалось, что карты сетей, построенные для каждого человека отдельно, разительно отличаются от группового усреднения. В групповых данных лобная кора выглядела как несколько широких однородных зон. А в индивидуальных те же самые сети образовывали мозаику из мелких, часто несмежных участков, густо переплетенных друг с другом. Сеть контроля, которая в группе занимала 36% поверхности лобной коры и выглядела как единый большой блок, у отдельных людей занимала лишь 25% и была разбита на множество фрагментов. Лишь у одного из десяти участников эта сеть выглядела так, как предсказывает групповая модель.
Несмотря на индивидуальные различия, авторы нашли паттерны, повторяющиеся у большинства людей. В переднем отделе лобной коры у девяти из десяти человек вблизи небольшого участка «сети контроля» неизменно располагались маленькие участки речевой сети и сети управления вниманием. Этот трехсетевой «мотив» в групповых данных был незаметен вовсе. Также обнаружился «хаб» в самой передней части лобной коры. У восьми из десяти человек здесь сходились участки всех семи исследованных сетей сразу, то есть все основные системы мозга были представлены в этой небольшой зоне.
Речевые задачи активировали именно те индивидуальные участки, которые карты в покое относили к речевой сети, даже когда эти участки находились далеко от их типичного расположения в групповых картах. У четырех из десяти участников в зоне, которая по групповой карте должна была принадлежать сети контроля, находился крупный участок речевой сети, и именно он, а не соседние участки сети контроля, откликался на языковые задачи. Тест на понимание чужих мыслей и чувств активировал зоны «сети по умолчанию Б», задачи на воспоминания и воображение будущего – зоны «сети по умолчанию А». Эти паттерны воспроизводились стабильно у всех десяти участников.
Интересно, что задачи на управление вниманием и рабочую память активировали не центры сетей контроля, а их края – границы между сетями. Чем ближе участок лобной коры находился к границе между двумя или тремя сетями контроля, тем сильнее он откликался на сложную когнитивную нагрузку. У задач на речь, память о прошлом и понимание других людей закономерность была обратной, они активировали центры своих целевых сетей, избегая границ. Авторы предполагают, что пограничные зоны могут служить «узлами связи», где разные функциональные системы обмениваются информацией – именно эта интеграция, по-видимому, нужна при выполнении сложных управляющих задач.
Эти результаты меняют восприятие лобной коры. Из универсального «командного центра» она превращается в плотно упакованную мозаику, где разные системы соседствуют в нескольких квадратных миллиметрах, и именно в зонах их соседства, по-видимому, рождается то, что мы называем гибким мышлением.
Текст: Анна Хоружая