Регистрируя электрическую активность нейронов непосредственно с поверхности мозга, ученые обнаружили, что для простой задачи, такой как повторение слова, представленного визуально или на слух, зрительная и слуховая кора головного мозга сначала реагировали на восприятие слова. Затем включилась префронтальная кора, чтобы интерпретировать значение, после чего последовала активация моторной коры для подготовки к ответу. В течение полсекунды между стимулом и ответом префронтальная кора оставалась активной, чтобы координировать работу всех других областей мозга.
Для особенно сложной задачи, такой как определение антонима слова, мозгу требовалось несколько секунд, чтобы отреагировать, в течение которых префронтальная кора задействовала другие области мозга, включая, предположительно, сети памяти, которые фактически не были видны. Только после этого префронтальная кора передалась моторной коре, чтобы вызвать речевой ответ. Чем быстрее мозг переключается, тем быстрее люди реагируют.
Интересно, что исследователи обнаружили, что мозг начал подготавливать двигательные области к ответу очень рано, во время первоначального предъявления стимула, предполагая, что мы готовимся к ответу еще до того, как узнаем, какой будет реакция.«Это может объяснить, почему люди иногда говорят что-то раньше, чем думают», — сказала Августа Шестюк, старший научный сотрудник Института нейробиологии Хелен Уиллс Калифорнийского университета в Беркли и ведущий автор статьи, в которой представлены результаты в текущем выпуске журнала Nature Human Behavior.Полученные данные, включая ключевую роль префронтальной коры в координации всех активированных областей мозга, согласуются с тем, что нейробиологи за последние десятилетия извлекли из исследований на обезьянах и людях.
«Эти очень отборные исследования показали, что лобная кора головного мозга является организатором, связывающим все вместе для окончательного результата», — сказал соавтор Роберт Найт, профессор психологии и нейробиологии Калифорнийского университета в Беркли и профессор неврологии и нейрохирургии в UCSF. «Здесь у нас есть восемь различных экспериментов, одни из которых пациенты должны говорить, а другие — нажимать кнопку, одни из которых являются визуальными, а другие слуховыми, и все они обнаружили универсальную сигнатуру активности, сосредоточенную в префронтальной доле, которая связывает восприятие и действие. Это клей познания ".В то время как другие нейробиологи использовали функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) и электроэнцефелографию (ЭЭГ) для регистрации активности мыслящего мозга, ученые Калифорнийского университета в Беркли использовали гораздо более точную технику, электрокортикографию (ЭКоГ), которая записывает данные с нескольких сотен электродов, помещенных на поверхность мозга и обнаруживает активность в тонкой внешней области, коре головного мозга, где происходит мышление. ЭКоГ обеспечивает лучшее временное разрешение, чем фМРТ, и лучшее пространственное разрешение, чем ЭЭГ, но требует доступа к пациентам с эпилепсией, подвергающимся высокоинвазивной хирургии, включающей вскрытие черепа для точного определения местоположения припадков.
Подсказки от больных эпилепсиейВ текущем исследовании приняли участие 16 пациентов с эпилепсией, которые согласились участвовать в экспериментах во время операции по удалению эпилепсии в Калифорнийском университете Сан-Франциско и Калифорнийском Тихоокеанском медицинском центре в Сан-Франциско, Стэнфордском университете в Пало-Альто и Университете Джона Хопкинса в Балтиморе.«Это первый шаг в изучении того, как люди думают и как люди приходят к разным решениям; как люди в основном ведут себя», — сказал Шестюк, записавший первого пациента 10 лет назад. «Мы пытаемся заглянуть в этот небольшой промежуток времени между тем, когда что-то происходит в окружающей среде, и нашим поведением в ответ на это».
После того, как электроды были помещены в мозг каждого пациента, Шестюк и ее коллеги выполнили серию из восьми заданий, которые включали визуальные и слуховые стимулы. Задачи варьировались от простых, таких как повтор слова или определение пола лица или голоса, до сложных, таких как определение эмоции лица, произнесение антонима слова или оценка того, описывает ли прилагательное личность пациента.Во время выполнения этих задач мозг проявлял четыре различных типа нейронной активности. Первоначально сенсорные области слуховой и зрительной коры активируются для обработки звуковых или визуальных сигналов.
Впоследствии области сенсорной и префронтальной коры активируются, чтобы извлечь значение стимула. Префронтальная кора постоянно активна на протяжении всех этих процессов, координируя входные данные из разных областей мозга. Наконец, префронтальная кора перестает работать, когда моторная кора активируется, чтобы произвести речевую реакцию или действие, например, нажатие кнопки.
«Эта постоянная активность, в первую очередь наблюдаемая в префронтальной коре, требует многозадачности», — сказал Шестюк. «Исследования с помощью фМРТ часто обнаруживают, что, когда задача становится все сложнее, мы видим больше активности в мозге, и в частности в префронтальной коре. Здесь мы видим, что это не потому, что нейроны работают очень, очень тяжело и срабатывают. все время, но, скорее, задействуются все больше областей коры головного мозга ".
Короче говоря, Найт сказал: «Устойчивая активность префронтальной коры — это то, что направляет восприятие к действию».Видео: https://www.youtube.com/watch?v=sU8SZwNK9QEВидео: https://www.youtube.com/watch?time_continue=2v=PgU4s_U2Lb4