Человеческий мозг демонстрирует исключительную пластичность в обработке информации, варьируя скорость от мгновенной реакции на неожиданные стимулы до тщательного анализа сложных когнитивных задач. Эти функциональные различия обусловлены уникальными характеристиками его проводящих путей, что было установлено исследователями из Университета Рутгерса. Результаты их работы опубликованы в престижном научном журнале Nature Communications.
Исследование выявило, что ключевым элементом в переключении между этими режимами активности является белое вещество мозга — сложная сеть нервных волокон, обеспечивающая межрегиональную коммуникацию. Эта система способствует синхронизации активности различных мозговых зон, функционирующих на разных временных шкалах, что можно охарактеризовать как внутреннюю нейронную временную шкалу. Например, сенсорные и моторные области мозга демонстрируют высокую скорость обработки, тогда как центры, вовлеченные в сложные когнитивные процессы, функционируют медленнее.
Ведущий автор исследования, доцент кафедры психиатрии Rutgers Health Линден Паркес, подчеркивает, что эффективная интеграция информации, поступающей с различных временных шкал, является критически важной для когнитивного функционирования и поведенческой адаптации. Белое вещество играет ключевую роль в этом процессе, обеспечивая обмен данными между различными регионами мозга.
Учёные провели анализ данных нейровизуализации 960 участников, создав индивидуальные карты нейронных связей (коннектомы). С использованием математических моделей они установили, что эффективность переключения между различными режимами активности напрямую зависит от структурной согласованности белого вещества с особенностями обработки информации в различных зонах коры головного мозга. Участники с более гармоничной структурой связей демонстрировали улучшенную способность к переключению между психическими состояниями и показали высокие результаты в когнитивных тестах.
Исследование также выявило биологические основы этого механизма. Зоны мозга, характеризующиеся сходными временными параметрами обработки информации, обладают общими генетическими, молекулярными и клеточными характеристиками. Аналогичные закономерности были обнаружены и в мозге мышей, что свидетельствует об эволюционной консервативности данного механизма у различных видов.
Хотя данное исследование проводилось на здоровых индивидах, его результаты открывают новые перспективы для изучения нейропсихиатрических расстройств. Шизофрения, биполярное расстройство и депрессия часто ассоциируются с нарушениями крупномасштабных нейронных связей в мозге. В дальнейших исследованиях планируется изучить влияние структурных изменений в белом веществе на способность мозга интегрировать информацию с различными временными характеристиками и проанализировать связь этих изменений с конкретными клиническими проявлениями.