Нейронный диспетчер помогает мозгу справляться с незнакомыми задачами

Человеческий мозг замечателен тем, что позволяет быстро приспособиться к любой ситуации и решить любую задачу, даже если ни с чем подобным мы не сталкивались. Понятно, что секрет высокой адаптируемости кроется в каких-то особенностях архитектуры мозга. Более того, довольно давно стало известно, что человеческий мозг особенно сильно отличается от обезьяньего двумя областями — боковыми участками префронтальной коры и задней теменной корой. Именно они эволюционировали сильнее прочих со времени нашего общего с шимпанзе предка, и где же ещё, как не в них, искать средоточие наших когнитивных способностей?

Учёные давно пытались понять, как именно работают эти зоны мозга, и вот эту загадку наконец-то удалось решить специалистам Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США). Майкл Коул и его коллеги исходили из общепринятой на сегодня функциональной модели, которая представляет мозг в виде множества сетей, объединяющих около 300 более или менее специализированных участков. Среди этих сетей можно выделить несколько наиболее крупных и значимых, которые отвечают за память, внимание, обработку сенсорной информации, контролируют работу мышц и пр. Одна из таких сетей особой важности связана с лобно-теменными зонами коры и обычно активируется, когда надо выполнить некое новое, нестандартное задание. Но что именно она при этом делает, оставалось неясным.

В журнале Nature Neuroscience исследователи описывают эту загадочную сеть как динамический информационный хаб, сетевой концентратор или диспетчерскую — кому как нравится. Её задача — распределять поступающую информацию по более специализированным сеткам. Главная нейроанатомическая особенность этого лобно-теменного узла, которую увидели исследователи, в наличии множества легко переключаемых соединений со всеми остальными зонами мозга. Кроме того, обнаружено, что при общении нейронного хаба с другими участками мозга проскакивают некие сигналы, по которым можно определить, что за проблему нужно решить мозгу.

Работает это так: допустим, мозг хранит некий набор инструкций, с помощью которых он может быстро выполнить какую-то знакомую задачу. Но эти же умения можно приложить и в другой ситуации, нужно лишь скорректировать их с учётом, скажем так, новых данных. Лобно-теменная сеть как раз и помогает адаптировать старые навыки под новый контекст: она соединяет область мозга, где хранятся старые инструкции, с тем участком, который воспринимает новые, незнакомые условия. То есть, например, когда вы выучиваете задание, во время которого вам нужно печатать условное слово в ответ на появление двух красных кружков на экране, у вас образуется прочная связь между моторными центрами и зрительными. Но если вдруг задание меняется и теперь нужно следить не за кружками на экране, а за звуками — и печатать условное слово, когда вы услышите подряд два громких звука, — что тогда происходит в мозге? Вот тут и начинает работу лобно-теменной хаб: он переключает соединение моторных центров со зрительной коры на слуховую.

То есть лобно-теменной диспетчер, сталкиваясь со свежей задачей, создаёт новые комбинации из других сетей, основываясь на их компетентности в том или ином деле. Чем быстрее новая комбинация сложится, чем быстрее сработает диспетчер, тем пластичнее будут когнитивные способности, тем реже мозг будет, грубо говоря, «тормозить» в незнакомых ему условиях. Сам Майкл Коул сравнивает эту нейронную диспетчерскую с дирижёром: мозг справляется с новой задачей подобно тому, как дирижёр оркестра создаёт новое звучание, соединяя друг с другом разные оркестровые группы.

Естественно, возникает вопрос, нельзя ли эту сеть как-то простимулировать, чтобы улучшить когнитивные способности человека или, скажем, чтобы вылечить от какой-то психоневрологической болезни — ведь многие психиатрические расстройства характеризуются в первую очередь именно когнитивными нарушениями. Но это уже задача для дальнейших экспериментов.

Подготовлено по материалам Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Фото на заставке принадлежит Shutterstock.