Похоже, что мозг синхронизирует активность различных областей мозга, чтобы дать человеку возможность обратить внимание или сконцентрироваться на задаче, считают ученые из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Луи узнал.
Исследователи считают, что этот процесс, примерно похожий на настройку нескольких раций на одну и ту же частоту, может помочь установить четкие каналы для связи между областями мозга, которые обнаруживают сенсорные стимулы.
"Мы думаем, что мозг не только переводит в состояние бдительности области, которые способствуют вниманию, но также следит за тем, чтобы в этих областях были открытые линии для звонков друг другу," сказал первый автор Эми Дэйч, аспирант-исследователь.
Результаты доступны в Трудах Национальной академии наук.
Люди, страдающие черепно-мозговой травмой или инсультом, часто имеют проблемы с вниманием и концентрацией.
"Дефицит внимания при черепно-мозговой травме рассматривается как потеря ресурсов, необходимых для концентрации на задаче," сказал старший автор Маурицио Корбетта, доктор медицины, Норман Дж. Штупп профессор неврологии. "Однако это исследование показывает, что временное выравнивание ответов в различных областях мозга также является очень важным механизмом, который способствует повышению внимания и может быть нарушен травмой головного мозга."
Внимание позволяет людям игнорировать нерелевантные сенсорные раздражители, например, водитель, игнорирующий звонящий сотовый телефон, и обращать внимание на важные раздражители, например, олень, выходящий на дорогу перед автомобилем.
Чтобы проанализировать изменения мозга, связанные с вниманием, ученые использовали сетки электродов, временно имплантированные в мозг пациентов с эпилепсией. Соавтор Эрик Лойтхардт, доктор медицины, доцент нейрохирургии и биоинженерии, использует сетки для картирования хирургического удаления тканей головного мозга, которые способствуют неконтролируемым припадкам.
С разрешения пациента сетки также могут позволить лаборатории Лейтхардта изучать активность человеческого мозга на уровне детализации, недоступном для других методов. Обычно Корбетта и его коллеги исследуют внимание с помощью различных форм магнитно-резонансной томографии (МРТ), которая может обнаруживать изменения в активности мозга, происходящие каждые 2-3 секунды. Но с сетками Корбетта и Лойтхардт могут изучать изменения, которые происходят за миллисекунды.
Перед имплантацией сетки ученые просканировали мозг семи пациентов с эпилепсией, используя МРТ, чтобы нанести на карту области, которые, как известно, способствуют привлечению внимания. Установив сетки, исследователи наблюдали за клетками мозга, пока пациенты наблюдали за визуальными объектами, направляя их внимание в разные места на экране компьютера, не двигая глазами. Когда пациенты видели цели, они нажимали кнопку, чтобы ученые знали, что видели их.
"Мы проанализировали колебания мозга, которые отражают колебания возбудимости определенной области мозга; другими словами, насколько сложно или легко нейрону реагировать на ввод," Даич сказал. "Если области мозга, участвующие в обнаружении стимула, находятся в максимальной возбудимости, вы с гораздо большей вероятностью заметите стимул."
Возбудимость регулярно повышается и понижается в клетках, составляющих данную область мозга. Но эти колебания обычно не совпадают между разными областями мозга.
Результаты исследователей показали, что по мере того, как пациенты направляют свое внимание, области мозга, наиболее важные для внимания к визуальным стимулам, корректируют свои циклы возбудимости, заставляя их одновременно достигать пиков своих циклов. В областях, не задействованных во внимании, циклы возбудимости не менялись.
"Если циклы двух областей мозга не совпадают, шансы на то, что сигнал из одной области попадет в другую, уменьшаются," Корбетта сказала.
Даич, Корбетта и Лойтхардт исследуют, позволяет ли участникам быстрее согласовать возбудимость областей своего мозга, зная не только местоположение, но и темп выполнения задачи.