Спирали организуют мозг

Физиологи давно знают, что органы человека создают электромагнитные поля, но глубокого понимания этого явления пока нет. Кора головного мозга, которая отвечает за восприятие информации, память, внимание, язык и сознание, тоже не исключение. Крупномасштабная электрическая активность мозга сложна и богата, однако ее единая пространственно-временная динамика до сих пор ускользала от нейрофизиологов. Они всегда фокусировались на взаимодействиях нейронов, чтобы разобраться в работе центральной нервной системы. Сегодня же они стали активно изучать процессы, которые затрагивают мозг целиком.

Исследователи Университета Сиднея и Университета Фудань, которыми руководил профессор Гонг Пулин (Pulin Gong), обобщили данные магниторезонансного сканирования мозга сотни здоровых молодых людей. Здесь-то они впервые увидели электрические сигналы, которые распространяются по поверхности нервной ткани и организуют активность коры и ее когнитивные процессы. Обнаружить эти нестационарные интригующие волновые явления исследователи смогли с помощью математических методов, которые позволяют физикам выявлять структуру вихрей.

Оказалось, что вихревые сигналы образуются на всей поверхности коры, и во время сна, и во время бодрствования. Они имеют форму спиралей, которые движутся по поверхности мозга, вращаясь вокруг своих центров. Многие вихри настолько велики, что покрывают несколько зон коры. Одно из их ключевых свойств состоит в том, что они возникают на границах, которые разделяют известные функциональные области мозга.

Спирали взаимодействуют между собой и этим организуют всю кору мозга. Они работают как мосты для коммуникации различных ее частей — связывают активность не контактирующих между собой зон мозга и координируют их возбуждение и торможение, то есть гибко перестраивают его работу для решения различных задач. Ученые считают, что направление вращения и локализация вихрей связаны с разными типами когнитивных процессов.

Медики хорошо знают, что открытие спиральных волн сердца сильно изменило представления врачей о его работе. В данном случае спиральные электрические вихри в мозге наверняка подскажут новые методы диагностики и лечения болезней нервной системы. Профессор Гонг Пулин также считает, что результаты исследования повлияют на увеличение быстродействия мощных нейрокомпьютеров. Статья об исследовании появилась в журнале Nature Human Behaviour.