Timp de peste un secol, cercetătorii au crezut că modelele de activitate cerebrală care ne definesc experienţele, speranţele şi visele sunt determinate de modul în care diferite regiuni ale creierului comunică între ele printr-o reţea complexă de trilioane de conexiuni celulare. Acum însă, un studiu condus de cercetători din Australia a examinat peste 10.000 de hărţi diferite ale activităţii creierului uman şi a constatat că forma generală a creierului unei persoane exercită o influenţă mult mai mare asupra modului în care aceasta gândeşte, simte şi se comportă decât conectivitatea neuronală complexă a acesteia.
Un studiu, condus de Institutul australian Turner pentru sănătatea creierului din cadrul universităţii Monash şi publicat miercuri, în revista Nature, reuneşte abordări din domeniul fizicii, al neuroştiinţelor şi al psihologiei pentru a răsturna paradigma veche de un secol care subliniază importanţa conectivităţii complexe a creierului, identificând, în schimb, o relaţie subapreciată până acum între forma şi activitatea creierului.
Cercetătorul şi autorul principal, dr. James Pang, de la Institutul Turner şi de la facultatea de şiinţe psihologice a universităţii Monash, a declarat că descoperirile sunt semnificative deoarece simplifică foarte mult felul în care se poate studia modul în care funcţionează, se dezvoltă, şi îmbătrâneşte creierul.
„Lucrarea oferă posibilitatea de a înţelege efectele unor boli precum demenţa şi accidentul vascular cerebral prin luarea în considerare a unor modele care ţin cont de forma creierului, şi care sunt mult mai uşor de abordat decât modelele care au toată gama de conexiuni ale creierului", a declarat dr. Pang.
„Mult timp am crezut că anumite gânduri sau senzaţii specifice provoacă activitate în anumite părţi ale creierului, dar acest studiu dezvăluie că modelele structurate de activitate sunt excitate în aproape tot creierul, la fel ca şi modul în care o notă muzicală apare din vibraţiile care se produc pe toată lungimea unei corzi de vioară, şi nu doar pe un segment izolat", a explicat medicul.
Echipa de cercetători a folosit imagistica prin rezonanţă magnetică (MRI) pentru a studia stările-eigen, care reprezintă modele naturale de vibraţie sau de excitaţie într-un sistem, în care diferite părţi ale sistemului sunt toate excitate la aceeaşi frecvenţă.
Stările-eigen sunt utilizate în mod normal pentru a studia sistemele în domenii precum fizica şi ingineria şi au fost adaptate doar recent pentru a studia creierul.
Aceastăcercetare s-a concentrat pe dezvoltarea celei mai bune modalităţi de a construi în mod eficient stările-eigen ale creierului.
„La fel cum frecvenţele de rezonanţă ale unei corzi de vioară sunt determinate de lungimea, densitatea şi tensiunea acesteia, stările-eigen ale creierului sunt determinate de proprietăţile sale structurale fizice, geometrice şi anatomice, dar care dintre aceste proprietăţi specifice sunt cele mai importante a rămas până acum un mister", a declarat autorul principal, dr. Kevin Aquino, de la universitatea din Sydney.
Echipa, condusă de profesorul Alex Fornito, de la Institutului Turner, a comparat modul în care stările-eigen obţinute din modelele dezvoltate pe baza formei creierului ar putea explica diferitele tipare de activitate în comparaţie cu stările-eigen obţinute din modelele de conectivitate cerebrală.
„Am descoperit că stările-eigen definite de geometria creierului - contururile şi curburile acestuia - reprezintă cea mai puternică constrângere anatomică asupra funcţiei creierului, la fel cum forma unei tobe influenţează sunetele pe care instrumentul le poate scoate", a declarat dr. Fornito.
„Cu ajutorul modelelor matematice, am confirmat predicţiile teoretice conform cărora legătura strânsă dintre geometrie şi funcţie este determinată de activitatea de tip undă care se propagă în tot creierul, la fel cum forma unui iaz influenţează undele formate de o pietricică aruncată în el", a spus cercetătorul.
Aceste descoperiri ofgeră posibilitatea de a prezice funcţia creierului direct din forma sa, deschizând noi căi de explorare a modului în care creierul contribuie la diferenţele individuale în ceea ce priveşte comportamentul şi riscul de boli psihiatrice şi neurologice, spun autorii cercetării.
Echipa a descoperit că, în peste 10.000 de imagini de activitate RMN, obţinute în timp ce oamenii executau diferite sarcini dezvoltate de specialişti în neuroştiinţe pentru a investiga creierul uman, activitatea a fost dominată de stările-eigen cu modele spaţiale care au lungimi de undă foarte mari, extinzându-se pe distanţe care depăşesc 40 mm.
„Acest rezultat contrazice abordările convenţionale, în care se presupune adesea că activitatea în timpul diferitelor sarcini se produce în zone focale, izolate, de activitate ridicată, şi ne spune că abordările tradiţionale de cartografiere a creierului pot arăta doar vârful icebergului atunci când vine vorba de înţelegerea modului în care funcţionează creierul", a concluzionat dr. Pang.
