انقلب نموذج الذكرى المئوية – شكل الدماغ يهم أكثر من الاتصال العصبي

يلعب شكل دماغنا ، بدلاً من التفاعلات بين المناطق المختلفة ، دورًا رئيسيًا في التأثير على أفكارنا وعواطفنا وأفعالنا.

لأكثر من مائة عام ، اعتقد العلماء أن أفكارنا ومشاعرنا وأحلامنا تتشكل من خلال كيفية تفاعل مناطق مختلفة من الدماغ من خلال شبكة واسعة من تريليونات الاتصالات الخلوية.

ومع ذلك ، فقد بحثت دراسة حديثة أجراها فريق في معهد تيرنر للدماغ والصحة العقلية بجامعة موناش في أكثر من 10000 خريطة مميزة لنشاط الدماغ البشري ووجدت أن الشكل العام لدماغ الفرد له تأثير أكبر بكثير على العمليات المعرفية والعواطف والسلوك من الاتصال العصبي المعقد.

الدراسة التي نشرت مؤخرا في المجلة المرموقة ، طبيعة يجمع بين مقاربات الفيزياء وعلم الأعصاب وعلم النفس لقلب نموذج عمره قرن من الزمان يؤكد على أهمية اتصال الدماغ المعقد ، ويحدد بدلاً من ذلك علاقة غير معترف بها سابقًا بين شكل الدماغ ونشاطه.

قال المؤلف الرئيسي والباحث الدكتور جيمس بانج ، من معهد تيرنر وكلية العلوم النفسية بجامعة موناش ، إن النتائج مهمة لأنها بسّطت إلى حد كبير الطريقة التي يمكننا بها دراسة وظائف الدماغ وتطوره والشيخوخة.

درس أليكس فورنيتو (إلى اليسار) وجيمس بانج أكثر من 10000 عملية تصوير بالرنين المغناطيسي لتحديد ما إذا كان شكل الدماغ مهمًا. الائتمان: جامعة موناش

قال الدكتور بانغ: “يفتح هذا العمل فرصًا لفهم تأثيرات الأمراض مثل الخرف والسكتة الدماغية من خلال النظر في نماذج لشكل الدماغ ، وهي أسهل بكثير في المعالجة من نماذج النطاق الكامل للوصلات في الدماغ”.

قال: “لطالما اعتقدنا أن أفكارًا أو أحاسيس محددة تثير نشاطًا في أجزاء معينة من الدماغ ، لكن هذه الدراسة تكشف أن أنماطًا منظمة من النشاط يتم تحفيزها في الدماغ بأكمله تقريبًا ، تمامًا مثل كيفية إنتاج النوتة الموسيقية من الاهتزازات التي تحدث على طول وتر الكمان بالكامل ، وليس مجرد جزء منعزل”.

استخدم فريق البحث التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) لدراسة أنماط eigenmodes ، وهي الأنماط الطبيعية للاهتزاز أو الإثارة في نظام ما ، حيث يتم إثارة أجزاء مختلفة من النظام بنفس التردد. تُستخدم المودات الذاتية عادةً لدراسة الأنظمة الفيزيائية في مجالات مثل الفيزياء والهندسة ، وقد تم تكييفها مؤخرًا فقط لدراسة الدماغ.

ركز هذا العمل على تطوير أفضل طريقة لبناء أنماط الدماغ الخاصة بشكل فعال.

قال المؤلف الرئيسي المشارك الدكتور كيفين أكينو من BrainKey وجامعة سيدني: “تمامًا كما يتم تحديد الترددات الرنانة لأوتار الكمان من خلال طولها وكثافتها وتوترها ، يتم تحديد أوضاع الدماغ من خلال خصائصه الهيكلية – الفيزيائية والهندسية والتشريحية – لكن الخصائص المحددة الأكثر أهمية ظلت لغزًا”.

قارن الفريق ، بقيادة البروفيسور أليكس فورنيتو ، الباحث الحائز على جائزة ARC من معهد تيرنر ومدرسة العلوم النفسية ، المدى الذي يمكن أن تفسر به الرموز الذاتية التي تم الحصول عليها من نماذج شكل الدماغ أنماطًا مختلفة من النشاط مقابل الشفرات الذاتية التي تم الحصول عليها من نماذج اتصال الدماغ.

قال البروفيسور فورنيتو: “وجدنا أن أنماط eigenmodes التي تحددها هندسة الدماغ – معالمه وانحنائه – تمثل أقوى قيد تشريحي على وظائف المخ ، تمامًا كما يؤثر شكل الأسطوانة على الأصوات التي يمكن أن تصدرها”.

وقال: “باستخدام النماذج الرياضية ، أكدنا التنبؤات النظرية بأن الارتباط الوثيق بين الهندسة والوظيفة مدفوع بنشاط الأمواج المنتشر في جميع أنحاء الدماغ ، مثلما يؤثر شكل البركة على تموجات الأمواج التي تشكلت من سقوط حصاة”.

“تثير هذه النتائج إمكانية التنبؤ بوظيفة الدماغ مباشرة من شكله ، وفتح طرق جديدة لاستكشاف كيفية مساهمة الدماغ في الفروق الفردية في السلوك وخطر الإصابة بأمراض نفسية وعصبية.”

وجد فريق البحث أنه في أكثر من 10000 خريطة نشاط التصوير بالرنين المغناطيسي ، التي تم الحصول عليها عندما أجرى الأشخاص مهامًا مختلفة طورها علماء الأعصاب لفحص الدماغ البشري ، سيطرت على النشاط الأنماط الذاتية ذات الأنماط المكانية التي لها أطوال موجية طويلة جدًا ، تمتد لمسافات تتجاوز 40 ملم.

قال الدكتور بانغ: “هذه النتيجة تتعارض مع الحكمة التقليدية ، غالبًا ما يُفترض أن النشاط أثناء المهام المختلفة يحدث في مناطق بؤرية ومعزولة ذات نشاط عالٍ ، وتخبرنا أن الأساليب التقليدية لرسم خرائط الدماغ قد تظهر فقط قمة جبل الجليد عندما يتعلق الأمر بفهم كيفية عمل الدماغ”.

المرجع: “القيود الهندسية على وظيفة الدماغ البشري” بقلم جيمس سي بانج ، وكيفن إم أكينو ، وماريان أولدينكل ، وبيتر أ.روبنسون ، وبن دي فولشر ، ومايكل بريكسبير ، وأليكس فورنيتو ، 31 مايو 2023 ، طبيعة.
DOI: 10.1038 / s41586-023-06098-1