Ученые UNSW Australia показали, что сложная деятельность человеческого мозга регулируется одним и тем же простым универсальным законом природы, которое может объяснить другие явления, такие как прекрасный звук искусно созданной скрипки или пятна на леопарде.
Команда UNSW определила связь между характерными особенностями функционирования мозга в состоянии покоя и физической структурой мозга людей.
"Было загадкой, почему эти спонтанные паттерны мозговой активности возникают, когда люди просто лежат в сканере мозга, не думая ни о чем конкретном и не выполняя каких-либо явных задач," говорит старший автор, психолог UNSW, адъюнкт-профессор Джоэл Пирсон.
"Наше исследование дает первую всеобъемлющую теорию, которая может объяснить это. Используя математику вездесущего природного явления – гармонических волн, – мы показали, как функция мозга в состоянии покоя связана с формой человеческого мозга.
"Разработанный нами подход также предоставляет новую технику анализа огромного количества данных, генерируемых об активности мозга.
"И это может привести к новому способу диагностики расстройств сознания, помогая нам понять очень сложные паттерны мозговой активности, связанные с осознанием и разумностью."
Исследование доктора Селен Атасой и доцента Пирсона из Школы психологии UNSW и Исаака Доннелли из Школы математики и статистики UNSW опубликовано в журнале Nature Communications.
Исследователи использовали данные двух методов визуализации – магнитно-резонансной томографии (МРТ) и диффузно-тензорной визуализации (DTI) – для построения трехмерных карт структуры мозга десяти человек.
"МРТ дала нам структуру их коры – морщинистой поверхности мозга – а DTI дала нам анатомическую карту основных связей белого вещества в головном мозге," говорит доцент Пирсон.
Затем команда проанализировала эти карты мозга, используя математическую схему мод Лапласа Эйнгена, или гармонических волн, которые описывают естественные колебания системы, в которой все части движутся вместе с одинаковой частотой.
"Наши результаты показывают, что форма мозга имеет значение, так же как точная деревянная форма скрипки Страдивари имеет значение, если вы хотите производить изысканный звук, когда струны вибрируют," говорит доцент Пирсон.
"Активность мозга находится в резонансе с точными анатомическими структурами мозга, создавая покоящуюся сеть колебаний, которые мы наблюдаем."
Говорит ведущий автор UNSW доктор Селен Атасой: "Паттерны, которые мы предсказываем с помощью гармонических волн в человеческом мозгу, можно сравнить с музыкальными нотами, составляющими сложное музыкальное произведение; строительные блоки более сложных паттернов мозговой деятельности."
Говорит доцент Пирсон: "Интересно, что те же самые виды гармонических волн, как считается, объясняют другие самоорганизующиеся явления в природе, такие как узоры, которые песок формирует, когда он сидит на вибрирующей металлической пластине, или развитие биологических узоров, таких как полосы на тиграх и пятна на теле. леопарды."