Изучая сети активности в лобной коре головного мозга, области, связанной с контролем над мыслями и действиями, исследователи показали, что степень, в которой эти сети реконфигурируются при переключении от задачи к задаче, предсказывает когнитивную гибкость людей.Участники эксперимента, которые показали наилучшие результаты при чередовании теста памяти и контрольного теста, показали наибольшую перестройку связей в пределах своей лобной коры, а также самые новые связи с другими областями своего мозга.Более фундаментальное понимание того, как мозг управляет многозадачностью, могло бы привести к более эффективному лечению заболеваний, связанных со снижением исполнительной функции, таких как аутизм, шизофрения или деменция.
Даниэль Бассетт, доцент Скирканича по инновациям в Школе инженерии и прикладных наук Пенсильвании, является старшим автором исследования. Ведущими авторами были Урс Браун и Аксель Шафер из Манхейма.
В исследовании также участвовали Андреас Майер-Линденберг и Хайке Тост из Мангейма, Хенрик Вальтер из Шарите и другие.Он был опубликован в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Вместо того, чтобы смотреть на роль, которую играет отдельная область в мозге, Бассет и его коллеги изучают взаимосвязи между областями, на что указывает синхронизированная активность. Используя фМРТ, они могут измерить, какие части мозга «разговаривают» друг с другом, когда участники исследования выполняют различные задачи. Отображение того, как эта сеть активности реконфигурируется, дает более целостное представление о том, как работает мозг.
«Мы пытаемся понять, как динамическая гибкость мозговых сетей может предсказать когнитивную гибкость или способность переключаться от задачи к задаче», — сказал Бассетт. «Мы полагаем, что управляющая функция не зависит от активности отдельных областей мозга, а является процессом на сетевом уровне».Предыдущее исследование, проведенное Бассеттом, показало, что люди, которые могли быстрее «отключать» свою лобную кору, лучше справлялись с задачей, связанной с нажатием клавиш, соответствующих цветным заметкам на экране. Принятие решений на высоком уровне, связанное с когнитивным контролем лобной коры, не было столь критичным для проигрывания коротких последовательностей нот, поэтому те, кто все еще задействовал эту часть мозга, по сути, слишком сильно задумывались над простой проблемой.В новом эксперименте, проведенном Андреасом Мейером-Линденбергом из Мангейма, 344 участника чередовали задачу с рабочей памятью, предназначенную для воздействия на лобную кору, и задачу управления.
Простая задача заключалась в нажатии соответствующей кнопки, когда на экране одна за другой появлялась последовательность чисел. Трудная задача также включала последовательность чисел на экране, но участники должны были нажимать кнопку, соответствующую числу, которое появлялось на два места назад в серии, каждый раз, когда они видели новое.Урс Браун и Аксель Шафер, ведущие авторы статьи, сотрудничали с Бассеттом, который разработал новые инструменты, от сетевой науки до дистилляции эволюционирующих мозговых связей. Они использовали эти инструменты, чтобы отобразить, как деятельность мозга участников перестраивалась во время каждого блока задачи рабочей памяти, каждого блока задачи управления и промежуточных блоков, в которых участники переключались.
«Узлы в сети, которые больше всего участвуют в реконфигурации, — это области когнитивного контроля во фронтальной коре головного мозга», — сказал Бассетт. «Большая гибкость лобной коры означала большую точность в задаче памяти, а более стабильная связь между лобной корой и другими областями была еще более предсказуемой».Хотя предсказательная сила этой реконфигурации предполагает, что это только один из нескольких процессов, участвующих в успешном переключении задач, она играет ключевую роль.
«Это не объясняет огромных отклонений, — сказал Бассет, — но предполагает, что такого рода реконфигурация является фундаментальным аспектом когнитивной гибкости».