МРТ-сканирование головного мозга 130 млекопитающих, включая человека, показывает равную связность
Исследователи из Тель-Авивского университета, возглавляемые профессором Янивом Ассафом из Школы нейробиологии, биохимии и биофизики и Школы нейробиологии им. Сагола, и профессором Йосси Йовелем из Школы зоологии, Школы нейробиологии им. Сагола и Музея естественной науки им. Штайнхардта История провела первое в своем роде исследование, предназначенное для изучения связи мозга у 130 видов млекопитающих. Интригующие результаты, противоречащие распространенным гипотезам, показали, что уровни связности мозга у всех млекопитающих, включая людей, одинаковы.
«Мы обнаружили, что связь между мозгом, а именно эффективность передачи информации через нейронную сеть, не зависит ни от размера, ни от структуры какого-либо конкретного мозга», — говорит профессор Ассаф. «Другими словами, мозг всех млекопитающих, от крошечных мышей до людей до крупных быков и дельфинов, обладает равной связностью, и информация перемещается с одинаковой эффективностью внутри них. Мы также обнаружили, что мозг сохраняет этот баланс с помощью специального механизма компенсации». : когда связь между полушариями высока, связь внутри каждого полушария относительно низкая, и наоборот».
В число участников входили исследователи из Ветеринарного института им. Кимрона в Бейт-Дагане, Школы информатики при ТАУ и медицинского факультета Техниона. Статья была опубликована в журнале Nature Neuroscience 8 июня.
«Соединение мозга — это центральная особенность, критически важная для функционирования мозга», — объясняет профессор Ассаф. «Многие ученые предположили, что связность в человеческом мозге значительно выше по сравнению с другими животными, что является возможным объяснением превосходного функционирования« человеческого животного ».« С другой стороны, по словам профессора Йовеля, «мы знаем, что ключевые особенности сохраняются на протяжении всего эволюционного процесса. Таким образом, например, у всех млекопитающих есть четыре конечности. В этом проекте мы хотели исследовать возможность того, что соединение мозга может быть ключевой особенностью такого рода — поддерживаться у всех млекопитающих независимо от их размера. или структура мозга. Для этого мы использовали передовые инструменты исследования «.
Проект начался с продвинутой диффузной МРТ-сканирования головного мозга около 130 млекопитающих, каждый из которых представляет разные виды. (Все мозги были удалены от мертвых животных, и ни одно животное не было подвергнуто эвтаназии для целей этого исследования.) Мозги, полученные из Ветеринарного института Кимрона, представляли очень широкий круг млекопитающих — от крошечных летучих мышей весом 10 грамм до дельфины, чей вес может достигать сотен килограммов. Поскольку мозг примерно 100 из этих млекопитающих никогда не сканировался с помощью МРТ, проект создал новую и уникальную в глобальном масштабе базу данных. Мозги 32 живых людей также были отсканированы таким же образом. Уникальная технология, которая обнаруживает белое вещество в мозге, позволила исследователям реконструировать нейронную сеть: нейроны и их аксоны (нервные волокна), по которым передается информация,
Следующей задачей было сравнение сканов различных типов животных, чьи мозги сильно различаются по размеру и / или структуре. Для этой цели исследователи использовали инструменты из Network Theory, математической ветви, которая позволила им создать и применить единый измеритель проводимости мозга: количество синопсисов, которые сообщение должно пересечь, чтобы попасть из одного места в другое в нейронной сети.
«Мозг млекопитающего состоит из двух полушарий, соединенных друг с другом набором нервных волокон (аксонов), которые передают информацию», — объясняет профессор Ассаф. «Для каждого мозга, который мы сканировали, мы измерили четыре средства связи: связность в каждом полушарии (внутриполушарные соединения), связность между двумя полушариями (межполушарная) и общую связь. Мы обнаружили, что общая связь мозга остается одинаковой для всех млекопитающих, больших или маленький, включая людей. Другими словами, информация перемещается из одного места в другое через одно и то же количество синапсов. Однако следует сказать, что разные мозги используют разные стратегии для сохранения этой равной меры общей связности: некоторые демонстрируют сильную межполушарную связность и более слабая связь в полушариях,
Профессор Йовель описывает еще одно интересное открытие. «Мы обнаружили, что различия в компенсации за соединение характеризуют не только разные виды, но и разных особей в пределах одного и того же вида», — говорит он. Другими словами, мозг некоторых крыс, летучих мышей или людей демонстрирует более высокую межполушарную связь за счет связи внутри полушарий, и наоборот — по сравнению с другими из того же вида. Было бы интересно выдвинуть гипотезу о том, как Различные типы соединения мозга могут влиять на различные когнитивные функции или способности человека, такие как спорт, музыка или математика. Такие вопросы будут рассмотрены в наших будущих исследованиях ».
«Наше исследование выявило универсальный закон: сохранение связности мозга», — заключает профессор Ассаф. «Этот закон означает, что эффективность передачи информации в нейронной сети мозга одинакова для всех млекопитающих, включая людей. Мы также обнаружили механизм компенсации, который уравновешивает связность в каждом мозге млекопитающих. Этот механизм обеспечивает высокую связность в определенной области Мозгу, возможно проявляющемуся в каком-то особом таланте (например, в спорте или музыке), всегда противостоит относительно низкая связность в другой части мозга.В будущих проектах мы будем исследовать, как мозг компенсирует улучшенную связность, связанную с конкретными возможностями и процессами обучения «.
Источник истории:
Материалы предоставлены американскими друзьями Тель-Авивского университета . Примечание: содержимое может быть отредактировано по стилю и длине.
Ссылка на журнал :
- Янив Ассаф, Ариэли Бузнах, Омри Зомет, Ассаф Маром, Йосси Йовель. Сохранение связности мозга и проводки через класс млекопитающих . Природная нейронаука , 2020; 23 (7): 805 DOI: 10,1038 / s41593-020-0641-7
