Исследователи из Массачусетской больницы общего профиля и Бостонского университета выяснили, какие глубинные отделы мозга работают как главные переключатели сознания. Работа опубликована в журнале Human Brain Mapping.

Сознание зависит от обмена сигналами между глубинными структурами у ствола мозга, которые отвечают за бодрствование, и корой - внешним слоем, обеспечивающим сложные мыслительные процессы. При тяжёлой травме связи между ними нарушаются, и человек может впасть в кому.

Чтобы лечить такие состояния электрическими импульсами, ультразвуком или лекарствами, врачам нужно точно знать, какую зону стимулировать. Идеальная цель - узел, связанный сразу с многими участками коры.

Команда под руководством Морган К. Камбарери проанализировала снимки мозга 168 здоровых добровольцев из проекта Human Connectome Project. Использовалась функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) - метод, отслеживающий приток крови и показывающий активные области. Сканер с магнитом 7 Тесла давал особенно детальные изображения. Участники лежали с открытыми глазами без заданий, что позволяло видеть естественную активность.

Учёные следили за шестью крупными сетями коры: пассивного режима (активна во время отдыха), управляющей (отвечает за решения), значимости (замечает важное), а также внимания, зрительной и сенсомоторной. Для анализа связей применили математический метод тензорного разложения, который позволяет сетям перекрываться в пространстве и времени, ближе к реальной биологии.

Наложив карты корковых сетей на глубинные отделы, исследователи нашли хабы - узлы, синхронизирующиеся сразу с несколькими сетями. Самые связанные зоны оказались там, куда врачи и раньше пытались воздействовать при нарушениях сознания. Например, вентральная область покрышки среднего мозга была связана с четырьмя сетями. Похожую картину увидели в центральном латеральном и парафасцикулярном ядрах таламуса - скоплениях нервных клеток, служащих главной релейной станцией для сигналов от органов чувств и движений.

Ещё один важный узел - в покрышке моста ствола мозга. Он совпадает с зонами, повреждение которых при травме приводит к коме. Это сильный аргумент, что область критична для сознания. Глубинные хабы оказались тесно связаны с сетью пассивного режима и сетью значимости. Похоже, именно они играют ключевую роль в том, чтобы разбудить остальной мозг и заставить его обратить внимание на происходящее.

Учёные также смотрели, действуют ли глубинные узлы синхронно с корковыми сетями (положительная корреляция) или в противофазе (антикорреляция). Корреляция - статистическая связь, которая сама по себе не доказывает причинность. Многие хабы показали смешанные отношения: одна зона могла активироваться вместе со зрительной и внимательной сетями, но подавлять сеть пассивного режима. Помимо центров бодрствования, нашли широко связанные узлы в областях, которые обычно ассоциируют с памятью, эмоциями и движением, - миндалевидном теле, гиппокампе и частях базальных ганглиев. А одно образование - ложе терминальной полоски - оказалось связано сразу со всеми шестью сетями.

Авторы предупреждают об ограничениях. фМРТ показывает корреляции кровотока, но не направление электрических сигналов: нельзя сказать, кто кому приказывает. Высокая связанность не означает, что область управляет сознанием. Кроме того, из анализа исключили лимбическую сеть, отвечающую за эмоции и память, - часть связей могла остаться незамеченной. Совместить границы крошечных глубинных структур у 168 разных людей математически сложно, поэтому возможны небольшие погрешности.

Будущие работы должны объединить фМРТ с прямой записью электрической активности. Это позволит увидеть, в какую миллисекунду срабатывает глубинный узел и действительно ли он запускает пробуждение всего мозга.

Источник: PsyPost