Põhiline > Skleroos

Aju kaart

Pöörlev maakera ja sellel kujutatud riikide "lapitekk" - selline kaart aitab meil mõista täpselt meie asukohta, samuti asjaolu, et riigid ja rahvad erinevad üksteisest ning neil on väga spetsiifilised piirid. Nüüd on sarnane kaart ilmunud ka aju väliskihile - selle ajukoorele, millel iga poolkera jaguneb 180 eraldi "riigiks". Pealegi pole neist üheksakümmend seitset piirkonda varem kirjeldatud, hoolimata ilmsetest erinevustest struktuuris, funktsioonis ja olulises seoses naabritega. Looduses avaldatud uus ajukaart.

Illustratsioon: M. F. Glasser, D. C. Van Essen

„Kaardi igas piirkonnas on sarnase struktuuri, funktsioonide ja suhetega lahtrid. Kuid need "piirkonnad" erinevad üksteisest nagu erinevad riigid ja neil on hästi määratletud piirid ja ainulaadne kultuur ",

- märgib Missouris St. Louisis Washingtoni ülikooli meditsiinikooli neuroloog David Van Essen, kes juhendas uuringut.

Neuroteadlased on pikka aega püüdnud jagada aju väiksemateks tükkideks, et paremini mõista selle toimimist tervikuna. Üks kuulsamaid ajukaarte on koore rakkude erineva paigutuse põhjal (nüüd tuntud kui Brodmanni väljad) jaganud ajukoor 52 piirkonnaks. Värskemad kaardid on tuginenud magnetresonantstomograafia (MRI) andmetele - näiteks funktsionaalne MRI, mis mõõdab verevoolu vastuseks erinevatele vaimsetele ülesannetele..

Kuid seni on enamik neist "kartograafilistest" uuringutest tehtud ainult ühte tüüpi mõõtmistega, mis, nagu märkis Singapuri Riikliku Ülikooli neuroteadlane Thomas Yeo, ei anna mitte ainult täielikku ülevaadet kogu aju toimimisest, vaid võib ka teadlasi eksitada. Uus kaart põhineb mitmel MRI mõõtmisel, mis maksimeerivad ajukoore piirkondadele keskendumise ja aitavad neid seetõttu kõige paremini hinnata.

Jaga ja valitse

Kaardi koostamiseks kasutas St. Louisis asuva Washingtoni ülikooli meditsiinikooli neuroteadlase Mathew Glasseri juhitud meeskond pilte 210 inimeselt, kes osalesid projektis Human Connectome, et kaardistada aju struktuure ja nende toimimist.... Uuring hõlmas teavet ajukoore paksuse, ajufunktsiooni, piirkondade vaheliste aksonaalsete ühenduste, rakkude topograafilise korralduse kohta koes ja müeliini - aine, mis vastutab aksonite elektriisolatsiooni eest - sisalduse kohta..

Glasser tsoneeris ajukoore vastavalt kahe või enama omaduse oluliste muutuste põhimõttele, mida ta kasutas kaardil piiride "seadmiseks". Andmetöötlus viidi läbi masinõppe algoritmide abil.

"Kui te aeglaselt mööda koore pinda" roomate ", siis leiate ühel hetkel koha, kus omadused hakkavad muutuma, või isegi sellise, kus samas kohas leitakse mitu iseseisvat muutust.",

Tehnika kinnitas 83 varem teadaoleva ajupiirkonna olemasolu ja tuvastas veel 97 uut. Teadlased kontrollisid kaarti, jälgides nende piirkondade tööd 210 inimesel. Nad leidsid, et kaart oli piisavalt täpne, kuid selle tsoonide suurus varieerus inimeselt veidi. Need erinevused aitavad uuel viisil mõista kognitiivsete võimete individuaalset varieeruvust ning teha kindlaks haiguste tekkimise riskid..

Saavutatava serv

"Kuigi selle töö keskmes on olnud ilusa ja keskmise ajumalli loomine, avab see tõesti võimaluse intellektuaalsete ja loominguliste võimetega individuaalsete omaduste ainulaadsete kombinatsioonide edasiseks uurimiseks, see tähendab, mis teeb meist igaühest ainulaadse.",

- ütleb Albuquerque'i New Mexico ülikooli neuropsühholoog Rex Jung.

Kuid kõigi ilmsete plusside juures on ka miinuseid: kaart on piiratud mitmes olulises aspektis. Mis kõige tähtsam, see räägib väga vähe aju biokeemilisest alusest või üksikute neuronite, nende väikeste rühmade aktiivsusest.

"See on nagu fantastiline Google Earth kaart, mis võib isegi näidata teie linnaosa või isegi teie tagaaeda. Kuid te ei saa arvestada, kuidas teie naabrid liiguvad, kuhu nad kolima hakkavad ja millist tööd nad teevad. ",

Glasser soovitab, et sellest projektist saaks versioon 1.0..

"See ei tähenda, et see versioon oleks lõplik, kuid see, mis me nüüd saime, on palju parem kui meil varem.",

- märgib teadlane mõistlikult.

Inimese ajukoore multimodaalne parcellatsioon

Matthew F. Glasser, Timothy S. Coalson, Emma C. Robinson, David C. Van Essen jt.

Nature (2016) doi: 10.1038 / nature18933

  • Kommenteerimiseks logige sisse
  • Kommenteerimiseks logige sisse
  • Kommenteerimiseks logige sisse
  • Kommenteerimiseks logige sisse
  • Kommenteerimiseks logige sisse

Uus struktuurne ja funktsionaalne kaart jagab ajukoore 180 piirkonnaks.

Ajukoor on äärmiselt keeruline - selle erinevad osad erinevad üksteisest nii funktsiooni kui ka rakustruktuuri poolest. Loomulikult vajasid need, kes hakkasid aju uurima, peagi ajukoore "maastikukaarti" ja tsütoarhitektooniliste väljade süsteem, mille Saksa neuroloog Corbinian Brodmann avaldas juba 1909. aastal, muutus omamoodi kullastandardiks..

  • 1
  • 2

Need väljad erinevad rakkude morfoloogiast ja rakkude üksteise suhtes virnastamise viisist (see tähendab rakulises tsüoarhitektoonikas). Brodmanni väljad olid uskumatult kasulikud, kuid neil oli siiski olulisi puudusi..

Esiteks ehitas Brodman ise oma kaardi ainult ühe aju materjalile, mis oli võetud surnud inimeselt. Seejärel täpsustati ajukooreväljade struktuuri, kasutades mitmekesisemat materjali, ja puhastele morfoloogilistele parameetritele lisati funktsioonid: mille eest vastutab üks piirkond, mille eest teine ​​jne. Mida rohkem neuroteadlased ajust teada said, seda selgemaks sai ajukoor tuleb kaardistada, kasutades korraga mitut funktsiooni.

Selle töö võtsid ette Matthew F. Glasser ja tema kolleegid Washingtoni ülikoolist, St. Louis, Oxford, Minnesota ülikool ja Nijmegeni ülikool. Nad võtsid hulga magnetresonantstomograafia (MRI) andmeid, mis olid kogutud projekti Human Connectome raames (tuletame meelde, et projekti Human Connectome eesmärk on kirjeldada täielikult meie aju ühenduste struktuuri).

Teadlasi huvitasid struktuurse MRI tulemused, mis võimaldavad kindlaks teha näiteks ajukoore teatud osade paksuse ja muud sarnased tunnused, ning funktsionaalne MRI, mille abil saab näha konkreetse ajupiirkonna funktsiooni. Sellisel juhul saab aju skaneerimise ajal puhata ja siis eristame selle põhifunktsionaalse topograafia või täidame mõne ülesande - ja siis näeme, millised alad töötavad konkreetse protseduuri kallal. Uue ajukoorekaardi koostamiseks kasutasime seitsme ülesande täitmisel saadud fMRI andmeid, alates audiotestidest kuni matemaatikaülesanneteni..

Seega pidi algoritm, mis otsis ajukoores funktsionaalseid välju, töötama mitme parameetriga - struktuurse ja funktsionaalse. Selle tulemusena oli võimalik leida igalt poolkeral koguni 180 põldu, millest 83 oli kirjanduses juba kirjeldatud, kuid 97 olid seni teadmata.

Algoritm töötas 210 Human Connectomi vabatahtliku MRI skaneerimise tulemustega ja kohe tekkis küsimus, kas teistel inimestel on võimalik samu alasid määrata? Kas selgub, et 180 väljaga kaardil on mõtet ainult neile kahesajale inimesele, kellele ülaltoodud algoritm koolitati??

Kuid kui nad püüdsid analüüsida "võõraste" MR-andmete komplekti, määrati nende ajukooretsoonid umbes samamoodi. Pealegi suutsid töö autorid kindlaks teha ka teatud valdkondade individuaalsed erinevused. (Selgeks igaks juhuks, selgitame, et individuaalsed erinevused ei tähenda, et ühe ja teise aju oleks kujundatud - muidu on lihtsalt see, et tsoonid võivad töötada erineva tõhususega ja olla teatud määral arenenud; sarnaselt, kui näeme pikka inimest ja väikest, me ei ütle, et neil oleks erinevad ehitusplaanid.)

Ilmselgelt tuleb uus kaart (mida on kirjeldatud artiklis Nature) kasuks nii alusteaduses kui ka meditsiinis. Tõsi, sellel on ka oma puudused, mis on kõigepealt seotud asjaoluga, et MRI on endiselt ebapiisavalt kõrge ruumilise eraldusvõimega, see tähendab, et ajukoor võib tegelikult jagada veelgi suuremaks arvuks väljadeks..

Teiselt poolt jääb üle vaadata, kuidas uued 180 tsooni on üles ehitatud rakkude, sünapsite ja nende molekulaarsete omaduste tasandil. Ja lõpuks, ärgem unustagem hiljutist tööd, mis seadis kahtluse alla tuhanded ja tuhanded MRI skaneerimise tulemused - loodame, et ajukoore uus kaart selle kokkupuute tõttu liiga palju ei kannata..

Loe ka:

Miks fMRI näeb, mida pole?

Aju tomograafia annab selle tarkvara eripära tõttu sageli valepositiivseid tulemusi, mis näeb aju eri osade vahel olematut sarnasust..

Inimese aju kaart

Aju on see, mis eristab meid teistest loomadest. Ta annab meile võime kajastada, suhelda, õppida ja meelde jätta. Aju on ka "inimlike" omaduste - armastuse, kaastunde, halastuse ja helduse - asukoht. Maal, luule, muusika ja draama - kõik inimkonna kunstilised saavutused pärinevad ajust.

Närviline kontroll
Piklikajust ja külgnevatest ristumisaladest hargnevad 12 paari kraniaalnärve, mis teenivad pea, kaela, rindkere ja kõhu sensoorset ja motoorset vajadust. Neid loendatakse eest ja taha ning ülevalt alla, neid tähistatakse nii nime kui ka rooma numbriga: haistmis- (I), visuaalne (II), okulomotoorne (III), plokk (IV), kolmiknärvi (V), röövijad (VI), näo- (VII), kuulmis- (VIII), lingofarüngeaalne (IX), vagus (X), lisavarustus (XI) ja keelealune (XII).

Kaks aju ühes
California Tehnoloogiainstituudi eksperimentaalsed uuringud lõhenenud ajuga inimestel (pärast corpus callosumi operatsiooni) on näidanud, et aju kaks külge töötlevad teavet erinevalt. Üks pool on spetsialiseerunud sümbolitele ja loogikale, teine ​​aga modelleerimise ja ruumilise taju ekspert.
Vasaku ajupoolkera mõtlemine on analüütiline (mõistete jagamine osadeks), lineaarne (samm-sammult) ja verbaalne (nii kirjalik kui ka suuline). See ehitab lauseid ja lahendab võrrandeid. Parema ajupoolkera mõtlemine on sünteetiline (mõistete lisamine), terviklik (ühendab ühendused ühtseks tervikuks) ja on seotud kujutlusvõimega (visuaalne mõtlemine "vaimse pilgu" abil). See kuulab muusikat ja eristab kolmemõõtmelisi objekte. Aju vasak pool andis inimesele teadust ja tehnikat; parem pool vastutab kunsti ja loova kujutlusvõime eest.
Seega on kollakeha toimimine nüüd mõistetav, enamasti eksisteerib see teadvuse ja tähelepanu ühendamiseks ning kahe poolkera õppimise ja mälu lahutamiseks. Töö eest pälvis Sperry 1981. aastal Nobeli preemia.
Joonis 2.

Aju navigeerimise ajaloost
Kõik inimaju keerdumised ja sooned on juba ammu nimetatud ja kirjeldatud. Neuroanatoomilistes atlastes on ajukoore sama hall aine värvitud erinevat värvi. See värvikaart on üle saja aasta vana. Ja juba idee, et vaimsed funktsioonid paiknevad inimese ajukoore pinnal erinevates kohtades, tekkis 18. ja 19. sajandi vahetusel. Saksa arst Franz Gall (1758–1828) lõi nn aju phrenoloogilised kaardid, kuhu ta paigutas psüühika omadused, mida ta nimetas "hinge võimeteks". Kaasaegse teaduse seisukohalt on Galli silmatorkavad kaardid järelduste viljad, mis ei põhine eksperimentaalsetel andmetel, vaid ainult nende endi tähelepanekutel. Teadlased on aga tema idee elluviimise pärast juba kaks sajandit võidelnud..

Joonis 3. Gall'i fenoloogilised kaardid.

Joonis 4. Kehaosade projektsioonide kaart ajupoolkera postcentraalsel (A) ja prekentraalsel (B) ajukoorel. Sensoorne (A) ja motoorne (B) homunkulus.

Meeleorganite kujutamine inimese ajukoores.

Assotsiatiivsed väljad on kõige tugevamalt arenenud inimestel
need, mis asuvad otsmikusagaras, seostavad füsioloogid nendega psüühika kõrgeimaid ilminguid - mõtlemist, intellekti. 19. sajandi keskel avastasid prantsuse teadlane Paul Broca ja saksa psühhiaater Karl Wernicke inimese aju vasakul poolkeral kaks kõnega seotud piirkonda. Kui Broca tsoon on kahjustatud - alumise frontaalse gyrus tagumises kolmandikus on patsiendi kõne kahjustatud, kui see mõjutab Wernicke tsooni - ülemise ajalise gyrus tagumises kolmandikus saab patsient rääkida, kuid tema kõne muutub tühjaks.


Joonis 5. Meeleorganite kujutised inimese ajukoores.
1 - visuaalne ala;
2 - kuulmispiirkond;
3 - naha tundlikkuse piirkond;
4 - motoorne tsoon;
5 - haistmispiirkond.

Joonis 6. Keskused Brock ja Wernicke keskused.

Inimese aju kaardid
Aju on kõige keerukam, kuid kõige vähem uuritud organ. Me võime osi loetleda, kuid meie teadmised selle kohta, mida iga osa teeb või kuidas, on visandlik. Proovime kaarte kasutades mõista mõningaid probleeme ja rännata mööda aju käänulisi radu.

Kui aju lõdvestub teravast tähelepanelikkusest, mida näitavad EEG-s tugevalt kokkusurutud gammalained, kuni aeglase alfarütmiga tähistatud „lõdvestumise“ mustrini, on see etapp, kus kipuvad tekkima uued ideed. Stiimulitel, mida muidu oleks võinud ignoreerida, lubatakse siseneda teadlikkusse ja need võivad kõlada mõtete, mälestuste ja olemasolevate teadmistega..

Individuaalsus
Ajuuuringud on näidanud, et inimese isiksust saab määrata aktiivsuse kaudu erinevates ajupiirkondades..
Inimene, kellel on „tundlik” aju - see, kes teeb mõõduka stiimuli korral rohkem aktiivsust - on vähem tõenäoline, et tunneks ekstreemspordi vastu huvi kui „tundetu” ajuga inimesed, kes vajavad sama põnevuse tekitamiseks palju erutust..

Pärast tema surma eemaldatud Einsteini ajus avastati puuduv depressioon, mis kulges parietaalset tsooni. Puudutatud ala on seotud matemaatika ja ruumilise arutlusega ning arvatakse, et puuduv taane võis lubada selle piirkonna neuronitel kergemini suhelda. Kui jah, võib see arvestada tema erakordse andega..


Joonis 9. Kuidas töötab inimese aju? (Kuidas töötab inimese aju -http: //www.newscientist.com/movie/brain-interactive - interaktiivne kaart)

Vasak ja parem ajutalent
Aju vasak pool vastutab loogiliste toimingute, loendamise ja järjestamise eest, parem poolkera aga kontrollib initsiatiivi ja loovust..

Aju ja keha on ühendatud järgmiselt: parem ajupoolkera kontrollib vasakpoolset keha ja vasak ajupoolkera paremat poolt. Treenin vasakpoolset kehapoolt, treenime loomesagarat ja parem - aju loogilist sagarat.

Enamikul inimestel on domineeriv konkreetne poolkera. Selle põhjuseks on haridussüsteemide eripära: treenida ühte poolkera suuremal määral. Alates sünnist kasutab laps peaaegu võrdselt (harmooniliselt) aju erinevatele osadele omaseid võimeid. Siis tõuseb tänapäevaste haridusasutuste ühesuunalise olemuse tõttu üks ajupoolkera. Näiteks matemaatikakoolides on loov mõtlemine vähe arenenud, ehkki matemaatika on kõige loovam teadus. Ja muusikakoolides või talveaedades treenitakse loogilist mõtlemist harva. Seetõttu on paljudel inimestel ainult üks ajupoolkera..


Joonis 10. Aju vasaku ja parema lohu anded (-http: //hiddentalents.org/brain/113-maps.html - iga tsooni üksikasjalik kirjeldus (inglise keeles))

Selle rikkumise saab hõlpsasti kõrvaldada, sest meie oskusi treenib praktika. Näiteks õppis Leonardo da Vinci juhtima võrdselt kahe käega (see tähendab, et ta oli korraga vasak- ja paremakäeline).

Nende kahe poolkera optimeerimiseks on lihtsamaid harjutusi, et muuta ennast harmoonilisemaks inimeseks. Igal ajal saab teha järgmist harjutust: tõuse püsti, siruta selg, tõsta vasak põlve ja puuduta seda parema käega. Langetage vasak jalg, tõstke parem põlv ja puudutage seda vasaku käega. Ja nii mitu korda teile sobivas tempos. Alguses ei pruugi ainult ühe ajupoolkeraga inimesed seda harjutust kiires tempos teha. Nii et hakake seda tegema aeglaselt, järk-järgult tempot suurendades..

Puudutades oma kätega vastupidi põlvi, lülitate mõlemad poolkerad korraga sisse ja treenite neid harmoonilisemalt töötama.

Järeldus
Ajukaardilt valgete laikude eemaldamise ja selle eraldusvõime suurendamise ülesanne on palju keerulisem kui tühjade kohtade täitmine geograafias. Eriti kui asi puudutab inimese aju ja inimese psüühika kõrgeimaid ilminguid. Kas tõesti on võimalik aju pinnale projitseerida inimlikud tunded, mõttepinge, loovuse piin? Kas on kunagi võimalik öelda: see tsoon vastutab otsuste langetamise eest, see rakkude rühm vastutab ilutunde eest, siin pesitseb kadedus ja siin algab armastuse tsoon?

"Õigem oleks rääkida mitte aju kaardistamisest, vaid aju funktsioonide kaardistamisest," selgitab S.V. Medvedev. - Ülesanne on kindlaks teha, kus asuvad konkreetse ülesande lahendamisel osalevad neuronid, ja mõista, kuidas need ajuosad omavahel suhtlevad. Lõpuks on neurofüsioloogi superülesanne - eesmärk, millest oleme endiselt väga kaugel - korreleerida ajus toimuvad sündmused inimese mõtlemisega, dešifreerida kõrgema närvilise aktiivsuse koodid ".

Kuidas ajurakud mälestusi kaardistavad?

Inimese mälu on valikuline ja sellel on palju põhjuseid. Hiljuti on neuroteadlased avastanud uudishimulise aspekti meie mälu toimimises. Kui aju peab mäletama konkreetset asukohta puudutavat teavet, on üksikud neuronid suunatud konkreetsetele mälestustele. "Mälu põhijooneks on meie võime teatud sündmusi valikuliselt meelde tuletada, isegi kui need toimusid samasugustes oludes nagu teised sündmused," kirjutavad teadlased ajakirjas Nature Neuroscience avaldatud artiklis.

Nii näeb välja inimese aju neuronite kaart.

Kuidas aju mälestusi valib?

Kui teil palutakse soovitada reisikava linnale, mida olete sageli külastanud, võivad meelde tulla valitud killud erinevate reiside kohtade mälestustest. Mitme ülikooli, sealhulgas New Yorgi Columbia ülikooli ja Atlanta (USA) Emory ülikooli teadlased uurisid üksikuid neuroneid - nn "mälurakke" - 19 patsienti, kellele tehti epilepsiaraviks ajuoperatsioon..

Patsiendid täitsid ruumimälu töö hindamise ülesande. Ülesande ajal paigutati subjektid virtuaalreaalsuse (VR) prillide abil teele ja neil paluti konkreetsete esemetega kokku põrgates nuppu vajutada. Ülesande raames palusid teadlased osalejatel kõndida mööda rada ja märkida kauge objekti asukoht. Uurides mediaalset temporaalsagarat (MTL) ja eriti entorhinaalset ajukooret, leidsid teadlased, et mälu jälgivad rakud olid "ruumiliselt häälestatud" asukohale ja said seejärel teavet asukohateabe kohta, mida inimene pidi meeles pidama..

Milliseid mälu hämmastavaid aspekte veel teate? Seda teemat saate arutada kommentaarides ja meie Telegrami vestluses osalejatega.

Teadlaste töö näitab, et inimese aju neuronid jälgivad sündmusi, mida me tahtlikult mäletame, ja suudavad muuta nende tegevusmustreid, et mälestusi eristada. Need on nagu punktid Google'i kaardil, mis tähistavad kohti, kus toimusid teie elus olulised sündmused. See avastus võiks olla potentsiaalne mehhanism meie võimele kasutada varasemaid erinevaid kogemusi valikuliselt ja aidata spetsialistidel mõista, kuidas need mälestused mõjutavad inimese aju ruumikaarti..

Nii näeb välja aktiivne neuron.

Varem on teadlased juba proovinud välja mõelda, kuidas seda teha. Nad leidsid, et närvivõrgu rakud on ruumimälu töö jaoks väga olulised, kuna see töötab sarnaselt GPS-süsteemiga. Ruumiline neuronite häälestamine on idee, et üksikud neuronid "lastakse navigeerimise ajal keskkonnas asukohta tähistama". Varasemas töös eeldati, et ruumiliselt häälestatud rakud määravad erinevates keskkondades oma stardimustrid ümber, nii et erinevates kohtades toimuvad sündmused on seotud erinevate ruumikaartidega, ”selgitavad teadlased..

Lugege meie kanalilt Yandex.Zenis viimaseid uudiseid teadusmaailmast ja kõrgtehnoloogiatest.

Sellele tööle tuginedes püstitasid teadlased hüpoteesi, et MTL-i ja eriti entorhinaalse korteksi üksikutel neuronitel on omamoodi varasemate kogemuste põhjal modelleeritud "ruumiline neuronite joondumine". Selgub, et inimese aju loob kõige reaalsema mälestuste kaardi..

Lisaks autismile, depressioonile ja skisofreeniale võivad inimesel olla väga erinevad seisundid ja sündroomid. Näiteks kannatavad mõned inimesed Jaapanis nn Pariisi sündroomi all - nad tunnevad prantslaste silmist ärevust. Stockholmi sündroomi ei tunnistata üldjuhul vaimuhaiguseks, ehkki olukord, kus ohver tunneb oma röövija vastu kaastunnet ja isegi asetab end tema kohale, ei ole selgelt [...]

Vaatamata tänapäevase meditsiini üsna korralikule arengutasemele on siiski haigusi, millega arstid täielikult toime ei tule. Üks neist haigustest on Alzheimeri tõbi, mille käigus patsiendi mälu järk-järgult halveneb. Suuresti on seda raske ravida, kuna see avastatakse reeglina üsna hilises staadiumis. Seetõttu on arstid juba ammu [...]

Kui mõnikord näete unenäos sündmusi minevikust, siis võib-olla on see põhjus teatud põhjusel. Selgus, et une ajal töötab aju mälestuste kindlustamiseks ja korrastamiseks. Tegelikult on teadlased juba ammu teadnud, et aju vajab und, et päevaseid sündmusi vaadata ja mälestuste pikaajalisse talletamisse üle kanda. Seetõttu on enne eksamit õpilased [...]

Järjehoidja: virtuaalne semantiline aju kaart

Olulise eesmärgiga loodud interaktiivne 3D-mudel

  • 29. aprill 2016
  • 5922
  • 0

UUSES RUBRIIGIS "RAAMATUMÄRKIDES" hakkame rääkima saitidest ja veebiteenustest - nii kasulikest kui ka täiesti kasututest, kuid naljakatest ja hämmastavatest -, mis tegelikult tuleks lisada lemmikutesse.

gallantlab.org

Inimese aju on hämmastav süsteem, mistõttu selle elundi toimimist selgitavad uuringud on nii populaarsed. Berkeley California ülikooli teadlased on koostanud interaktiivse 3D ajukaardi, mis näitab, millised meie aju osad reageerivad konkreetse sõna kuulmisel. Ja seda saab vaadata väga kaua.

Seitse vabatahtlikku, sealhulgas teadlased ise, kuulasid Ameerika raadiosaate “The Moth Radio Hour” lugusid üle kahe tunni. Sel ajal analüüsisid MRI-d kasutavad teadlased vabatahtlike aju tegevust ja pöörasid tähelepanu sellele, millised ajupiirkonnad reageerivad sõnade tähendusele - nende semantika.

Semantiline sõnastik, mis meie mõistes ühendab sõnu nende tähendustega, on jaotunud kogu ajukoores, mõlemas poolkeras. Teadlased on leidnud, et ajukoore iga osa on seotud mitme sarnase teema sõnaga - näiteks kategooriatega "perekond", "hooned" või "riided". Selgus, et teatud semantiliste väljade asukoht on korrelatsioonis funktsiooniga, mida need ajupiirkonnad täidavad: näiteks visuaalsele ajukoorele lähedased ajupiirkonnad reageerivad visuaalsetele mõistetele, näiteks värvide nimedele. Polüseemilistele sõnadele võivad reageerida korraga mitu ajuosa - sõltuvalt sõna ühest või teisest tähendusest. Semantiliste väljade asukoha nüansid iga uuringus osaleja ajus olid erinevad, kuid ühiseid jooni leidsid kõik.

Kolmemõõtmeline mudel võimaldab teil näha, millistele sõnadele meie aju konkreetne osa reageerib. Iga atlases paiknevat semantilist välja tähistab oma värv: näiteks aju piirkonnad, mis reageerivad visuaalse tajumisega seotud sõnadele, on esile tõstetud rohelisega, kehaosasid tähistavatele sõnadele vastavad alad aga kollasega. Klõpsates teatud värvi ajupiirkonnal, näete konkreetseid sõnu, millele uuringus osalejad reageerisid. Hoolimata asjaolust, et see kõik näeb välja nagu lõbus mäng, on teadlaste eesmärgid palju tõsisemad: nad loodavad, et see uuring aitab amüotroofilise lateraalskleroosiga inimestel, kes ei oska rääkida, hakata arvutiga teistega suhtlema..

3D ajukaart

Paljusid teadmisi, mis me ümbritseva maailma uurimisega omandame, ei saa võrrelda inimese aju keerukuse astmega. Tuhanded teadlased uurivad aju, näidates maailmale palju huvitavaid fakte ja avastusi. Kui teie tegevus on seotud neurofüsioloogiaga või lõikub kuidagi inimese aju uurimisega, siis on teil võimalus tutvuda inimaju kolmemõõtmelise kaardiga..


Kaardi lõid Kanada ja Saksa teadlased, kes töötasid projektis Big Brain. Nende peaaegu kümme aastat kestnud töö tulemused avaldatakse viimases Science väljaandes.



3D-aju kaardiga töötama hakkamiseks peate registreerima projekti projekti BigBrain LORIS Database veebisaidil.

"Meie kaart sarnaneb Google Earth'i kaartidega, näete üksikasju, mida enne seda 3D-rekonstrueerimist polnud võimalik näha," ütleb üks projekti osalejatest Katrin Amunts..

Ja neil, kes alles alustavad oma "tutvumist ajuga", on huvitav lugeda huvitavaid fakte aju kohta:
• Oma aju võimete tõttu suudab inimene korraga meelde jätta ainult 7 eset. See pole päris tõsi. Ja sellepärast: kui "arsenalis" on sensoorne mälu, mis on võimeline salvestama teavet kuni 10 sekundit, siis lühi- ja pikaajalist mälu (neid mäluvorme saab võrrelda arvutimäluga, lühimälu on operatiivmälu ja pikaajaline mälu salvestab suures koguses teavet, mis on võrreldav andmed, mis on salvestatud kõvakettale), keskmiste võimetega inimene mäletab korraga kuni seitset objekti, kuid treenitud mäluga inimene mäletab üheksa või enamat objekti korraga;

• Inimsilm eristab sinist, rohelist ja punast värvi tänu selles leiduvatele retseptoritele. Kuid see ei tähenda, et aju tajub teavet silma tajutava värvi kohta. Aju saab teavet ainult heledate või tumedate vormide kohta. Näiteks kollane asub üldjuhul nähtava spektri vahesagedustel. Võib-olla sellepärast suureneb meeldejätmise tase kollase abil ja soovitatakse arvestust pidada just selles värvis;

• Alateadvus kontrollib inimest suuresti. Kui inimene paneb teadlikult toime ainult kuni 30% oma tegemistest, siis ülejäänud on tema tegude eest "süüdi" tema alateadvuses. Kas arvate, et saate laiskusega ise hakkama? Seda pole üldse olemas. See on teie alateadvus, vastupanu osutamine, "provotseerib" konflikti teie ja alateadvuse vahel, vastupanu teie kavandatud tegevustele. Alateadvusest ülesaamine on võimatu ülesanne;

• Vaimne töö aitab vältida väsimust. Inimkeha vereringesüsteemis voolava vere koostis on erinev. On tõestatud, et venoosse vere koostist täiendab "väsimustoksiin" ning aju varustava verega koostis jääb kogu inimese elu jooksul muutumatuks. See asjaolu räägib väsimusest kui seisundist, mis tuleneb keha emotsionaalsest või vaimsest seisundist;

• Pidevalt töötades väldib aju ajuhaiguste riski. Vähemalt on Alzheimeri sündroom vastupidine pidevale ajutegevusele. Arengu ajal aktiveeritakse ajus täiendavate rakkude kasvuprotsessid, asendades haiged. Parim viis aju arendamiseks on millegi uue õppimine, suhtlemine intellektuaalselt arenenud vestluskaaslastega;

• Aju fikseerib inimese varju teadvuses, kui keha pikendus. Varju on ka aju täiendav teabeallikas, mis teavitab teda keha asendist ruumis ümbritsevate kehade suhtes;

• Aju vajab palju vett, kuna 76% ajust on vesi. Selles osas seisneb aju jõudluse kaotamise oht nende kaalulangetamise armastajate ees, kes kontrollimatult võtavad kehakaalu langetamiseks ravimeid. Kaalulangetavaid tooteid tasub võtta ainult raviarsti juhiste järgi;

• Aju laadimine ei toimu kohe, vaid järk-järgult, meenutades arvutit. See on tegelikult nii. Pärast ärkamist vajab aju "koormamiseks" natuke aega, samas kui keha füüsiline valmisolek on normaalne peaaegu esimestest hetkedest peale und. Parim on ajus metaboolsed protsessid "käivitada" konkreetse probleemi lugemise või lahendamisega. Kuid teler ja raadio pole siin kindlasti abiline;

• Aju jaoks on naise ja mehe erinev arusaam. Selles mõttes, et naise hääl on emotsionaalselt rohkem väljendunud kõrgetel sagedustel ja aju peab "dekodeerima" arusaama naise öeldu olemusest. Isegi kuulmis hallutsinatsiooniga inimesed kuulevad kõige tõenäolisemalt meeshäält.

Inimaju kõige üksikasjalikum kaart

Uus ajukoore kaart, mille koostasid David Van Essen ja Matthew Glasser Washingtoni ülikoolist St. Lewisest, mitme teise asutuse ekspertide abiga kinnitasid 83 varem teadaoleva tsooni olemasolu. Lisaks on teadlased avastanud inimese ajukoores 97 uut ala, mis vastutab sensoorse ja motoorse aktiivsuse, keele ja loogilise arutluse eest..

Nagu geograafidel, on ka neuroteadlastel väga oluline omada head töökaarti, et parandada oma oskusi ja paremini mõista, millise probleemiga nad tegelevad. Aju kortikaalse piirkonna kaart näitab selgelt, millised piirkonnad vastutavad konkreetsete kognitiivsete funktsioonide eest ja kuidas nad üksteisega suhtlevad.

Probleem on selles, et see mehhanism on palju keerulisem, kui see esmapilgul võib tunduda. Ajutsoonid erinevad raku struktuuri ja valgu tiheduse, neurotransmitterite keemilise koostise ja neuronite struktuuri poolest. Selliste anatoomiliste ja füsioloogiliste tunnuste uurimiseks pole sageli vaja ainult raha ja seadmeid, vaid ka eriluba, mida pole nii lihtne hankida, sest räägime elusate inimeste uurimisest ja testimisest..

Glasser ütles, et nende projektile aitasid kaasa õnnelikud asjaolud. „Projekt Human Connectome algas 2010. aastal ja USA riiklikud tervishoiuinstituudid andsid meile kaks aastat tööd MRI kogumise ja andmete analüüsi parandamiseks. See võimaldas meil saada tavapärasest palju terviklikumat ja kvaliteetsemat teavet, "ütleb ta..

Projekt on paljuski ainulaadne, kuna see hõlmab neurokujutiste eksperte kogu maailmast. Nende kasutataval tarkvaral pole ka analooge ning uurimissüsteemina kasutati arhitektuuriliste, funktsionaalsete ja topograafiliste analüüside meetodite kombinatsiooni. See algoritm võimaldas lõpuks tuvastada valdkonnad, mis tavaliselt jäid teadlastele nähtamatuks..

Pilt 180 parema ja vasaku poolkera kombineeritud tsoonist erinevate nurkade alt

Mõni 180 tsoonist täitis ilmset funktsiooni, teine ​​aga vähem. Näiteks võtab piirkond 55b Glasseri sõnul osa keeleprotsessidest. Ligikaudu 90% -l tervetest noortest on sellel saidil tüüpiline seos naaberpiirkondadega. Kuid mõnel uuringus osalejal, kokku 210-l, olid täiesti erinevad omadused, sealhulgas hämmastav seos okulomotoorsetes protsessides osalevate tsoonidega..

Lisaks teoreetilistele uuringutele aitavad uued kaardid ka ajuoperatsiooni planeerivaid kirurge. Glasser ja meeskond loodavad, et nende töö aitab tulevikus uurida vananemise mõjusid ajurakkudele, et lahendada vanusega seotud probleeme võimalikult tõhusalt..

Scisne ?

Põhiline ≫ Infoteek ≫ Bioloogia ≫ Neurobioloogia, psühhiaatria ≫ Marsruudid aju kaardil. Aju navigeerimise ajaloost // N. Markina

Marsruudid aju kaardil. Aju navigeerimise ajaloost

N. Markina

Kõik inimaju keerdumised ja sooned on juba ammu nimetatud ja kirjeldatud. Neuroanatoomilistes atlastes on ajukoore sama hall aine värvitud erinevat värvi. See värvikaart on üle saja aasta vana. Ja juba idee, et vaimsed funktsioonid paiknevad inimese ajukoore pinnal erinevates kohtades, tekkis 18. ja 19. sajandi vahetusel. Saksa arst Franz Gall (1758–1828) lõi nn aju frenoloogilised kaardid, kuhu ta paigutas psüühika omadused, mida ta nimetas "hinge võimeteks". Kaasaegse teaduse seisukohalt on Galli silmatorkavad kaardid järelduste viljad, mis ei põhine eksperimentaalsetel andmetel, vaid ainult nende endi tähelepanekutel. Teadlased on aga tema idee elluviimise pärast juba kaks sajandit võidelnud..

19. sajandi lõpus leidsid saksa füsioloogid koerte ja kasside ajukoorest tsooni, mille elektriline stimulatsioon põhjustas keha vastasküljel olevate lihaste tahtmatu kokkutõmbumise. Neil õnnestus täpselt kindlaks teha, millistes selle tsooni osades on erinevad lihasrühmad esindatud. Hiljem kirjeldati seda tsooni (seda nimetati motoorseks tsooniks) inimese ajus, see asub tsentraalse (Rolandi) soone ees, mis jagab ajukoort kõige sügavamalt põikisuunas. Kõri, suu, näo, käte, pagasiruumi, jalgade lihaste esindused paiknevad siin järjestikku ja ajukoore pindala ei vasta üldse kehaosade suurusele. Kanada neuroloog Wilder Graves Penfield ja E. Baldry joonistasid mõlemaid võrreldes siia paika naljaka väikese mehe - homunkuli. Tal on tohutu keel, huuled, pöidlad käes, käed, jalad ja kere on väga väikesed. Sümmeetriline homunculus elab ka keskse sulcuse taga, ainult et see ei ole motoorne, vaid sensoorne. Selle ajukoore piirkonna piirkonnad on seotud naha tundlikkusega keha erinevates osades. Motoorne ja sensoorne tsoon suhtlevad omavahel tihedalt, mistõttu neid peetakse tavaliselt üheks sensomotoorseks ajukooreks. Hiljem selgus, et kõik on korraldatud veidi keerukamalt: füsioloogid on leidnud veel ühe väiksema keha täieliku motoorse kujutise, mis vastutab kehahoia ja mõnede muude keeruliste aeglaste liikumiste eest..

Kõigil meeltel on ajukoores täievoliline esindatus. Näiteks inimese aju kuklaluu ​​piirkonnas on visuaalne ajukoor, temporaalsagaras - kuulmine ja haistmisesinemine on hajutatud aju mitmesse ossa. Koores on ka niinimetatud assotsiatiivsed väljad, kus toimub meeleorganite primaarväljadelt pärineva teabe analüüs ja süntees. Assotsiatiivsed väljad on kõige tugevamalt arenenud inimestel, eriti frontaalsagaras asuvates, füsioloogid seostavad nendega psüühika kõrgeimaid ilminguid - mõtlemist, intelligentsust. 19. sajandi keskel avastasid prantsuse teadlane Paul Broca ja saksa psühhiaater Karl Wernicke inimese aju vasakul poolkeral kaks kõnega seotud piirkonda. Kui Broca tsoon on kahjustatud - alumise frontaalse gyrus tagumises kolmandikus on patsiendi kõne kahjustatud, kui see mõjutab Wernicke tsooni - ülemise ajalise gyrus tagumises kolmandikus saab patsient rääkida, kuid tema kõne muutub tühjaks.

Nii teavad tänapäeval füsioloogid palju aju ehitusest ja funktsioonidest. Kuid mida rohkem nad õpivad, seda rohkem saladusi jääb. Ja ükski tänapäeva teadlastest ei saa väita, et teaks, kuidas aju töötab. Infosisu astme poolest tänapäeval eksisteerivaid ajukaarte saab ilmselt võrrelda keskaja geograafiliste kaartidega, kui mandrite piirjooned sarnanesid vaid eemalt tõsielulistele ja valged laigud ületasid kõike muud piirkonnas. "Ja mis kõige tähtsam, teades laias laastus geograafiat, pole meil aimugi, mis erinevates" riikides "toimub. Mida nad teevad, kuidas nad elavad, "- kommenteerib Venemaa Teaduste Akadeemia inimaju aju instituudi direktor Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliige Svjatoslav Vsevolodovitš Medvedev.

Ajukaardilt valgete laikude eemaldamise ja selle eraldusvõime suurendamise ülesanne on palju keerulisem kui tühjade kohtade täitmine geograafias. Eriti kui asi puudutab inimese aju ja inimese psüühika kõrgeimaid ilminguid. Kas tõesti on võimalik aju pinnale projitseerida inimlikud tunded, mõttepinge, loovuse piin? Kas on kunagi võimalik öelda: see tsoon vastutab otsuste langetamise eest, see rakkude rühm vastutab ilutunde eest, siin pesitseb kadedus ja siin algab armastuse tsoon?

"Õigem oleks rääkida mitte aju kaardistamisest, vaid aju funktsioonide kaardistamisest," selgitab S.V. Medvedev. - Ülesanne on kindlaks teha, kus asuvad konkreetse ülesande lahendamisel osalevad neuronid, ja mõista, kuidas need ajuosad omavahel suhtlevad. Lõpuks on neurofüsioloogi üliülesanne - eesmärk, millest oleme veel väga kaugel - korreleerida ajus toimuvad sündmused inimese mõtlemisega, dešifreerida kõrgema närvilise aktiivsuse koodid ".

Aju räägib elektrikeelt

Esimesed andmed kõrgemate ajufunktsioonide lokaliseerimise kohta saadi "kliiniliste ja anatoomiliste võrdluste" ajastul, see tähendab patsientide vaatlused, kelle aju mõned osad olid kahjustatud. Seejärel algas 1920. aastate lõpus elektrofüsioloogiliste uuringute domineerimise ajastu. Füsioloogid on õppinud peanahale asetatud elektroodide kaudu registreerima aju elektrilist aktiivsust - inimese elektroentsefalogrammi (EEG) (esimest korda tegi seda Austria psühhiaater Hans Berger 1929. aastal). Sellest meetodist sai peaaju aju töö ja selle haiguste uurimisel - esimesed elektrofüsioloogid uskusid, et EEG abil saab kõike õppida. Tõepoolest, EEG peegeldab mitmesuguseid ajus toimuvaid protsesse, kuid raskus seisneb selles, et see registreerib kogu elektrilise aktiivsuse, võtab kokku ja keskmistab tohutu hulga närvirakkude - neuronite töö. Ja see on selle metoodiline piirang..

Seejärel ilmusid muud aju elektrilise aktiivsuse uurimise meetodid, näiteks esilekutsutud potentsiaalide meetod - need on elektrilised lained, mis tekivad teatud ajukoore piirkondades vastuseks spetsiifilisele stimulatsioonile. Visuaalses ajukoores ilmuvad need vastusena valgusvihule, kuulmiskoores - vastusena helile jne. See meetod andis palju ajukoore tsoonides olevate funktsioonide lokaliseerimise uurimiseks ja selle abil aju kaart täpsustati oluliselt. Kuid sellel on ka piirangud, peamiselt inimese aju uurimisel..

Mikroelektroodide tehnoloogia arenguga sai võimalikuks registreerida üksikute neuronite elektrilisi heiteid. Seda tehakse loomulikult peamiselt katseloomadega tehtud katsetes. Murrang inimese ajuuuringutes toimus siis, kui implanteeritud subkortikaalsete elektroodide abil sai võimalikuks registreerida inimese neuronite elektriline aktiivsus otse ajust. Akadeemik Natalja Petrovna Bekhtereva hakkas seda meetodit kasutama 60ndate alguses. Terapeutilistel eesmärkidel sisestati patsiendi aju õhukesed elektroodid - nende abiga oli võimalik suunata ajupiirkondi. Kuid niipea, kui elektrood implanteeritakse patsiendi aju, on vaja seda võimalust kasutada ja saada sellest maksimaalset teavet. Selline elektrood registreerib ümbritsevate neuronite aktiivsust ja see on täiesti erinev eraldusvõime, kui seda saab saada pea pinnal asuva elektroodi abil..

Neuronid "kirjaoskajad" ja "loovad"

Venemaa Teaduste Akadeemia inimaju instituudi füsioloogidel õnnestus implanteeritud subkortikaalsete elektroodide abil palju teada saada, kuidas aju kõnega toime tuleb. Nagu juba mainitud, on Broca ja Wernicke kõnepiirkonnad tuntud juba pikka aega. "Õigem oleks piirduda määratlusega" kõnega seotud ", mitte kasutada väljendit" kõnetsoon ", rõhutab S.V. Medvedev. - Kas mäletate anekdooti prussaka kohta, millel, selgub, on "kõrvad jalgadel"? Peate mõistma, et Brocki ja Wernicke tsoonid ei pruugi olla kõne keskpunkt, vaid mingi liides. ".

Ajukoores täiesti erinevas kohas leidsid teadlased detektori tähendusrikka fraasi grammatiliseks korrektsuseks. Neuronite rühm suurendab oma elektrilist aktiivsust, kui fraas, mida subjekt kuuleb, on grammatiliselt õige, ja nõrgendab seda, kui see on grammatiliselt vale. Kui katsealusele pakutakse fraase “sinine lint” ja “sinine lint”, märkavad need “pädevad” neuronid vahet kohe. Teine neuronite rühm eristab emakeele sõnu, nendega foneetiliselt sarnaseid sõnu ja võõrsõnu. "See tähendab, et närvipopulatsioon analüüsib sõna foneetilist struktuuri peaaegu koheselt ja liigitab selle tüüpidesse:" Ma saan aru "," Ma ei saa aru, aga midagi tuttavat "ja" Ma ei saa üldse aru, "ütleb S.V. Medvedev. Sellega seoses tekib küsimus, kas need neuronid toimivad ühtmoodi või erinevalt kaasasündinud kirjaoskusega inimestel ja neil, kellel on sellega probleeme. Tõenäoliselt on erinevusi, kuid täpse vastuse andmiseks peate värvama palju õppeaineid.

"Leidsime neuronirühmad, mis eristavad konkreetseid ja abstraktseid sõnu, neuronid, mis ilmselt vastutavad skoori eest," ütleb Svjatoslav Vsevolodovitš veelgi. - Tegime kindlaks aju piirkonnad, mis on seotud üldistamise, otsuste langetamisega. Kõiki neuronisüsteeme iseloomustab polüfunktsionaalsus: see tähendab, et samad rakud võivad osaleda erinevates funktsioonides. Neuronite spetsialiseerumine on suhteline - sõltuvalt olukorrast võivad nad võtta erinevaid kohustusi. Näiteks kui laeva kapten sureb, võtab tema asemele navigaator või keegi teine. Seetõttu on aju väga paindlik süsteem. " Vahetatavuse neuronite omadus aja jooksul kaotab ja omandab suurema spetsialiseerumise. Väike laps ei saa korraga kõndida ja rääkida, kui talle helistate, siis ta komistab ja kukub. Fakt on see, et kogu tema ajukoor on hõivatud ühe või teise poolt. Õpilast ei tohiks tunnis segada, muidu ta materjali ei õpi. Aja jooksul jaguneb aju territooriume üha enam, nii et täiskasvanu saab üheaegselt juhtida ja hoida vestlust, rääkida telefoniga ja vaadata dokumente jne..

N.P. Bekhtereva ja tema töökaaslased leidsid ajust neuroneid, mis töötavad veaandurina. Mis on nende roll? Nad reageerivad stereotüüpse toimimisjärjestuse mis tahes rikkumisele. "Lahkute kodust ja tunnete tänaval:" Midagi on valesti... "- selgitab S.V. Medvedev. "See on - nad unustasid vannitoa valguse kustutada." Vigu tuvastavad neuronid paiknevad aju erinevates osades - parema ajupoolkera parietaalses ajukoores, Rolandi soones, ajukoore parietaalsetes ja parietaal-ajalistes piirkondades, cingulate gyrus.

Kuid implanteeritud elektroodide meetodil on oma piirangud. Elektroode muidugi ei implanteerita sinna, kus füsioloogid seda sooviksid, vaid ainult seal, kus see on kliinilistel põhjustel vajalik. Kas see tähendab, et me vaatame sinna, kus on heledam, ja mitte sinna, kuhu kaotasime?

Positroni toega ajuskanner

Traditsiooniliselt meditsiinis kasutatavad röntgenpildid ajust pildi saamiseks pole parim meetod. Magnetresonantstomograafia (MRI) tulekuga on tekkinud väga erinevad võimalused. Positronemissioontomograafiat (PET) kasutatakse aktiivselt Venemaa Teaduste Akadeemia inimaju ajuinstituudis. Mõlemad meetodid annavad ajukuva. Mis neil vahet on?

MRI põhineb mõnede aatomituumade, peamiselt vesinikuaatomite tuumade omadustel, kui need paigutatakse magnetvälja, et neelata raadiosagedusvahemikus energiat ja kiirata seda pärast raadiosagedussignaaliga kokkupuute lõppemist. Sõltuvalt "keskkonnast", st bioloogilise koe omadustest, milles need tuumad asuvad, muutub nende kiirguse intensiivsus. Seetõttu on võimalik näha erinevate aju struktuuride pilte. PET-meetodi põhiolemus on jälgida radioaktiivse üliühiajalise (poolväärtusaeg - minutid) isotoobiga märgistatud aine kaduvaid väikeseid koguseid. Isotoop eraldab positroone, mis hävivad elektronidega, eraldades kaks gammakvanti ja hajuvad vastassuunas. Kui registreerite need gammakvandid detektoriga, saate määrata märgistatud aine aatomite asukoha. Aine valitakse nii, et selle kontsentratsioon peegeldaks ajurakkude aktiivsust. Näiteks kui radioaktiivse märgisega glükoosikontsentratsioon kusagil suureneb, tähendab see, et neuronid tarbivad seda aktiivselt ja töötavad seetõttu aktiivselt. Kui uuritav täidab sel ajal mingit ülesannet, siis näeme, millised ajupiirkonnad on selle rakendamisega seotud. PET-meetod võimaldab kasutada lühiajalisi isotoope (O, N, C, F), mis ei ole patsiendile eriti kahjulikud.

PET suudab jälgida ka aju verevoolu muutusi konkreetses käitumises. Kui mõni ajupiirkond on aktiveeritud, tormab veri selle juurde aktiivselt. Kui veeni viiakse radioaktiivse hapnikuga märgistatud vesi, satub see aju veresoontesse ja seda saab registreerida. Seal, kus on rohkem märgistatud hapnikku, siseneb rohkem verd, mis tähendab, et just seal aktiivsus suureneb..

Alates grammatilistest eelpostidest kuni loovuse labürintideni

PET-i abil jätkasid teadlased inimkõne uurimist kogu ajus. Nad nägid, kus kõneteavet töödeldakse: üksikuid sõnu, teksti tähendust, kus see pähe õpitakse. Nad näitasid, et mediaalne ekstrastriaalne ajukoor on seotud sõnade õigekirjastruktuuri töötlemisega, märkimisväärne osa vasakpoolsest ülemisest ajutisest ajukoorest (Wernicke tsoon) on tõenäoliselt seotud semantilise analüüsiga. Sõnade järjekorda analüüsib eesmine ajaline ajukoor. Kui inimesele näidatakse sidusat teksti, ilma et tal seda isegi palutaks lugeda (pidite lihtsalt loendama kirja esinemiste arvu), suureneb aju verevool, mis tähendab, et aju osaleb keeletöös. (Kui esitate juhuslikus järjekorras segatud sõnu, ei reageeri aju nii.)

Isegi “jumalik” loovusprotsess allus dekodeerimisele, vähemalt füsioloogide poolt N.P. Bekhtereva lähenes sellele. Inimesele pakutakse mingisugust loomingulist ülesannet, näiteks sõnade kogumist loo koostamine ja reaalajas näeb, millised ajupiirkonnad hakkavad aktiivselt töötama. Selgus, et loomingulise tegevusega kaasneb peamiselt aju erinevate piirkondade vaheliste seoste muutus. Enamik uusi ühendusi ilmub vasakpoolsesse eesmisse ajalisse tsooni koos esiosa koore tsoonidega ja tagumisega, vastupidi, ühendus nõrgeneb. Parietaalse ja kuklakujulise struktuuri vahelised ühendused on kadunud. Ja see kõik juhtub just loovülesande täitmisel, kuid kui ülesandel puuduvad loomingulised elemendid, siis selliseid muudatusi ei toimu. Loovama ülesande täitmisel suureneb lokaalne aju verevool paremas prefrontaalses ajukoores võrreldes vähem loovaga. Sellest järeldavad teadlased, et see valdkond on otseselt seotud "loovusega".

Teadlasi huvitab ka tahtmatu tähelepanu nähtus: näiteks inimene sõidab autoga, kuulab raadiot, räägib ja reageerib ootamatult mootori koputusele, mis näitab, et mootoriga on midagi valesti. Kahes laboris, kasutades kahte erinevat meetodit: S.V. Medvedev PET-meetodil ja Yu.D. Kropotov, kasutades implanteeritud elektroodide meetodit, leidsid nad samad tsoonid, kus aktiveerimine toimub sellistel hetkedel - ajalises ja frontaalses ajukoores. Aktiveerimine toimub vastusena eeldatavate ja tegelike stiimulite mittevastavusele, näiteks kui mootori heli pole selline, nagu see peaks olema. Teine nähtus on valikuline tähelepanu, mis aitab kokteilipeol pideva häälekõminaga inimesel jälgida ühe teda huvitava vestluskaaslase kõnet. Ilmselt vastutab prefrontaalne ajukoor sel juhul ruumilise tähelepanu fokuseerimise eest. See häälestab kas parema või vasaku kuulmiskoore, sõltuvalt sellest, milline kõrv saab olulist teavet..

Aju kaardistamisest rääkides on oluline mõista, et aju ei ole rangelt võttes jaotatud selgelt piiritletud aladeks, millest igaüks vastutab ainult oma funktsiooni eest. Kõik on palju keerulisem, kuna mis tahes funktsiooni täitmise käigus suhtlevad eri piirkondade neuronid omavahel, moodustades närvivõrgu. Uuring selle kohta, kuidas üksikud neuronid ühenduvad struktuuriks ning struktuur süsteemiks ja terveks ajuks, on tuleviku väljakutse.

"PET on võimas vahend peaaegu kõigi funktsioonide uurimiseks, kuid ainult sellest ei piisa," ütleb S.V. Medvedev. - PET-i ülesanne on vastata küsimusele "kus?" Ja selleks, et vastata küsimusele "mis toimub?", Peaks PET olema ühendatud elektrofüsioloogiliste meetoditega. Koos Briti füsioloogidega oleme loonud PET ja EEG paralleelanalüüsi süsteemi, mis üksteist täiendavad. Tõenäoliselt on selline lähenemine tulevik. ".

Aasta tagasi (artikkel ilmus 2004. aastal - P. Z.) teatas kuue maailma riigi teadlaste rühm inimaju ajutise kolmemõõtmelise arvutikaardi loomisest, mille abil saab kindlaks teha inimese eelsoodumuse teatud haigustele. Kaardi koostajad usuvad, et teatud haigusi, näiteks Alzheimeri tõbe või autismi, saab juba seostada ajukoore erinevate osadega. Nüüd on nad hõivatud oma leiutise üksikasjade viimistlemisega..

Geeni teine ​​hüpostaas

Eelmise sajandi 50. aastate alguses tekkis idee, et mälu ei saa piirduda ainult elektriliste protsessidega - teabe pikaajaliseks säilitamiseks ajus tuleb see säilitada keemilises vormis. Kuigi sel ajal olid raku genoomi kohta veel väga üldised ideed, tekkis idee, et see mitte ainult ei talleta pärilikku teavet, vaid osaleb ka elu jooksul omandatud teabe säilitamisel.

Selle testimiseks oli vaja teada, kas õppimine kutsub esile aju nukleiinhapete ja valkude sünteesi. Pärast genoomi põhimõtte - DNA → RNA → valgu - saamist muutusid katsed sihipärasemaks. Ja see selgus. Kohe pärast seda, kui loomadele on oskus õpetatud, intensiivistatakse nende ajus RNA sünteesi. (Selle avastamiseks süstiti neile radioaktiivselt märgistatud RNA prekursoreid). See juhtus hiirtega, kes olid koolitatud helisignaalile vastuseks elektrilöögi vältimiseks, ja kanadega, kus esemele töötati välja jäljed, ja kuldkaladega, keda treeniti ujuma kõhu külge kinnitatud parvega. Ja kui RNA süntees aeglustub, teevad loomad palju vigu või pole üldse võimelised seda oskust õppima.

Samal ajal sünteesitakse ajus uusi valke - selle määras ka radioaktiivsete isotoopide lisamine. Valgusünteesi blokaatorid kahjustavad pikaajalist mälu, mõjutamata lühiajalist mälu. Sellest saab selgeks, kuidas geenid töötavad: õppimise käigus sünteesitakse RNA DNA matriitsil, mis omakorda tekitab uusi valke. Need valgud hakkavad toimima mõni tund pärast teabe omandamist ja just nemad tagavad selle säilitamise. Ja kõigi nende sündmuste algatajad on närviraku membraanil toimuvad elektrilised protsessid.

Venemaa Meditsiiniteaduste Akadeemia normaalfüsioloogia instituudi süsteemigeneesi osakonna teadlaste rühm eesotsas meditsiiniteaduste doktori, Venemaa meditsiiniteaduste akadeemia korrespondentliikme K.V. Anokhina seadis endale ülesandeks leida uurimismeetodid, mis võimaldaksid kogu aju närvirakkude aktiivsust samaaegselt uurida seoses mis tahes käitumise või kognitiivse (tunnetusliku) tegevusega. "Tööga alustades olime veendunud, et sünapside teave edastatakse teisele, sügavamale tasandile - see tungib rakutuuma ja muudab kuidagi geenide tööd," ütleb Konstantin Vladimirovich. "Nende geenide leidmine jääb alles".

Pean ütlema, et ajurakkudes töötab lugematu arv geene - inimestel avalduvad pooled kõigist uuritud geenidest ainult seal. Ülesandeks oli leida võtmeisikud, kes osalevad uue teabe säilitamisel kogu oma rahvahulgast. Otsinguid kroonis edu 1980. aastate keskel, kui K.V. Anokhin ja tema kolleegid juhtisid tähelepanu nn "kohe varajastele geenidele". Selle nime said nad võime tõttu esimesena rakuvälistele stiimulitele reageerida. “Varajaste” geenide roll on teiste - hilisemate geenide “äratamine”. Nende tooted - regulatiivsed valgud - transkriptsioonifaktorid mõjutavad DNA molekuli osi ja alustavad transkriptsiooni protsessi - kirjutavad teavet DNAst RNA-sse. Lõpuks sünteesivad "hilised" geenid oma valke, mis põhjustavad rakus vajalikke muutusi, näiteks moodustavad neuroni uued ühendused.

Kõige uudishimulikum geen

Kogu "varajaste" geenide rühmast huvitas teadlasi kõige rohkem c-fos geen K.V. Alates 1987. aastast on Anokhin ja tema kolleegid uurinud selle geeni rolli õppimisel - nende arvates sobib just tema aju kaardistamiseks universaalse sondi rolli. "Sellel geenil on mitu ainulaadset omadust," selgitab K.V. Anohhin - esiteks on ta raku rahulikus olekus vaikne, tal puudub praktiliselt tegevuse "tausttase". Teiseks, kui rakus algavad uued informatsiooniprotsessid, reageerib see neile väga kiiresti, tootes RNA ja valke. Kolmandaks on see universaalne, see tähendab, et see aktiveeritakse kesknärvisüsteemi erinevates osades - alates seljaajust kuni ajukooreni. Neljandaks on selle aktiveerimine seotud õppimisega, see tähendab individuaalse kogemuse kujunemisega. " Viimase väite tõestamiseks on teadlased läbi viinud kümneid katseid, kontrollides, milliseid mõjusid c-fos maa alt välja tuleb ja tegutsema hakkab. Selgus, et geen ei reageeri väga tugevale stimulatsioonile, näiteks valgusele, helile ega valule, juhul kui mõju ei kanna uudsuse elemente. Kuid niipea, kui olukord on uue teabega rikastatud, "ärkab" geen kohe üles.

Näiteks paigutati katse käigus hiired kambrisse, kus nad pidid taluma rida kergeid, kuid ebameeldivaid elektrokutaanseid stiimuleid. Vastuseks avaldus c-fos jõuliselt nende aju mitmes piirkonnas - ajukoores, hipokampuses ja väikeajus. Kui see protseduur viiakse läbi iga päev, siis kuuendal päeval geen enam ei reageeri. Hiired reageerivad endiselt elektrilöögile, kuid see pole nende jaoks muutunud uueks, vaid oodatud sündmuseks. C-fos saate uuesti aktiveerida, kui asetate hiired uuesti kambrisse ega allu neile tavapärasele protseduurile. Mõlemal juhul tähistab geen sündmust, kui välised stiimulid pole kooskõlas individuaalse mälu maatriksiga. Selline mittevastavus toimub igasuguse uue teabe assimileerumisel ja seetõttu on c-fos ajus kognitiivsete protsesside vältimatu kaaslane..

Teine katse hõlmas vastsündinud kanu, kes jagati nelja rühma. Esimese rühma kanad koorusid pimedas ja ei näinud kunagi valgust, teisel rühmal oli rohkem õnne - seda hoiti tavapärase 12-tunnise valgustustsükli all, kolmanda rühma kanad viidi kohe pärast sündi rikastatud visuaalsesse keskkonda ja neljanda rühma kanu hoiti kõigepealt tavalises tingimustel ja teisel päeval viidi nad rikastatud söötmele. Kõigil katselistel tibudel hinnati c-fos geeni ekspressiooni teisel päeval pärast koorumist. Mis osutus? Kolme esimese rühma puhul ei näidanud c-fos ennast vaatamata nii erinevatele tingimustele, kus nad veetsid oma lühikese elu kaks päeva. Kuid neljandas rühmas, mis muutis keskkonna visuaalselt rikastatuks, muutus c-fos aktiivsemaks. Ta oli neile uus, samas kui kolmanda rühma kanad olid sellega juba harjunud..

C-fos ekspressioon kasvas ja tibudel, kes neid huvitavat tera nokitsesid, osutus see kibedaks ja tibud õppisid ühest korrast selle vältimiseks tulevikus. Kuid üldiselt selgus, et geeni aktiveerimine ei sõltu üldse treeningu edukusest ja sellega kaasnevad samamoodi ka ekslikud tegevused. C-fos geen reageerib ka uuele objektile - selle aktiveerimiseks piisab uue eseme ühekordsest esitlusest loomale vaid 10 sekundi jooksul.

Teadlased pakkusid, et c-fos ja muud varased geenid on just see sild, mille kaudu looma individuaalne kogemus tema geneetilise aparaadiga suhtleb..

Mida aju geenikaart teile ütleb

Kuidas geeniekspressiooni tabada? Seda saab tuvastada RNA molekulide sünteesi teel. Selleks toimib nn in situ hübridisatsioon - meetod, mis võimaldab teil näha kohti, kus toimub teatud RNA-de süntees. Geeni valguprodukti saate muuta nähtavaks, sidudes selle spetsiifiliste antikehadega ja määrides selle. Kõik see juhtub loomulikult pärast looma aju kinnitamist ja sellest õhukeste lõikude tegemist. Sama tehakse ka c-fos ekspressiooni tuvastamiseks. Katsetajatel on pärast looma treenimist poolteist kuni kaks tundi varu, samal ajal kui c-fos-valgu kontsentratsioon tema ajus on tipus.

Mis tahes ajus toimuva kognitiivse (kognitiivse) protsessi korral hakkavad paljud neuronid erinevates piirkondades sünkroonselt töötama. Sellise tööriista abil nagu geeniandur näete, millised neuronid selles protsessis osalevad. "Näiteks võime näha erinevust roti aju töös, kui ta näeb teist rotti, ja kui ta näeb kassi," ütleb Konstantin Vladimirovich. - Teisisõnu, selleks, et teada saada, milliseid aju struktuure ta rotti näeb ja millist kassi. Samamoodi, kui inimene näeb ekraanil tuttavat nägu, näiteks Bill Clintoni oma, aktiveeritakse tema ajus "Bill Clintoni tuvastamise neuronid". Kuigi inimese aju on geenisondidega kindlasti palju raskem uurida. Siiani pole teadlased veel välja pakkunud meetodeid aju geeniekspressiooni visualiseerimiseks in vivo. "Ühes uuringus oli võimalik registreerida inimese c-fos ekspressioon ajukoe tükis, mis võeti biopsiaanalüüsiks," ütleb K.V. Anohhin. - Teised teadlased nägid teda pärast ajusurma. Kuid on ilmne, et see pole täpselt elus ajus. ".

Kui sellest hoolimata luuakse aju geenikaart, näitab see, millised struktuurid vastutavad mälu erinevate vormide eest. Geenikaarti vaadates näeb neurofüsioloog kohe ära, kus täpselt neuroneid tuleb uurida, näiteks registreerib nende elektriline aktiivsus. Süsteemide geneesi osakonna teadlased leidsid c-fos abil, millised kanade aju piirkonnad vastutavad jäljendamise - jäljendamise eest. Meetodil on ka olulised praktilised rakendused: seda saab kasutada ravimite otsimiseks, mis potentsiaalselt parandavad mälu (lõppude lõpuks on need ained, mis peaksid stimuleerima c-fos-i aktivatsiooni) või uurima, kuidas alkohol ja narkootikumid ajus toimivad.

Teadlased on teinud kümneid katseid väga erinevate õppemudelitega: toit ja kaitsev, klassikaline ja instrumentaalne, visuaalsete, kuulmis-, maitsetundlike ja muude stiimulitega, ühe- ja mitmekordne treening. Katsetes osalesid hiired, rotid, kanad ja muud loomad. Leiti, et aju erinevad osad on seotud erinevat tüüpi õppimisega, kuid on ka neid, mis on alati seotud, näiteks tsingulaatkoor..

Kuni füsioloogid pole jõudnud geenide aktiveerimise mehhanismi üksikasjalikult selgitada, st tegelikult tunnistavad nad, et ei tea täielikult, kuidas närvirakk töötab. Võib-olla võrdleb välise mõju saamine seda olemasoleva mudeliga ja mittevastavuse korral käivitab geneetilise mehhanismi. See on seni kõige veenvam hüpotees..

Ilmselt ilmnevad aja jooksul uued tehnilised võimalused geenide kaardistamiseks.Juba praegu on võimalik uurida erinevate geenide ekspressiooni aju kolmemõõtmelises mahus. Eelmisel aastal andis Microsofti asutaja Paul Allen 100 miljonit dollarit spetsiaalse teaduskeskuse loomiseks, mille ülesandeks oli kaardistada kõigi seal töötavate geenide ekspressioon hiire ajus. Selle probleemi lahendamine nõuab rohkem kui ühe aasta rasket tööd, kuid selle lahendamine on väga ahvatlev eesmärk, sest see on tee mõistmaks, kuidas geenid kontrollivad aju tööd ja käitumist, sealhulgas inimestel..

N. Markina, bioloogiateaduste kandidaat
"Keemia ja elu - XXI sajand"