Ştiinţă

„Inner Solitaire” sau modul implicit al creierului

Creierul nostru funcționează cu abur chiar și atunci când suntem odihniți. Zonele creierului care devin active în acest moment sunt în mare parte asociate cu visarea cu ochii înapoi, mulți spun că este doar vârful aisbergului.

În 1953, fizicianul Louis Sokoloff (Universitatea din Pennsylvania, Philadelphia) a așezat un tânăr de 20 de ani pe o targă, i-a pus electrozi pe scalp și și-a introdus o seringă în artera carotidă. Subiectul a rămas acolo timp de 60 de minute, având sarcini aritmetice, în timp ce Sokoloff și-a monitorizat undele cerebrale și a măsurat și nivelurile de oxigen și dioxid de carbon din sânge. Cercetătorul a încercat să afle câtă energie consumă creierul atunci când suntem obligați să ne gândim bine. Se aștepta ca creierul nostru să digere mult mai mult oxigen pentru a rezolva problemele de matematică decât atunci când ne relaxăm.

Rezultatul m-a șocat. Creierul subiectului ei nu a consumat nimic mai mult oxigen la rezolvarea problemelor aritmetice decât atunci când s-a odihnit pe pat cu ochii închiși.

Multă vreme, oamenii au privit creierul ca pe un computer care se odihnea în modul de așteptare, latent până când i s-a dat o sarcină, fie că rezolva o ecuație, citește un ziar sau caută o față în mulțime. Experimentul lui Sokoloff a fost primul care a arătat lumina asupra faptului că creierul nostru trăiește o „intimitate” foarte plină de viață. Acest organ uimitor, care reprezintă doar 2% din greutatea corporală, consumă 20% din caloriile pe care le ingerăm. În plus, risipește mare parte din energie pe nimicul cel mare - cel puțin pentru o lungă perioadă de timp nu au putut spune cu adevărat, deoarece creierul își petrece timpul liber.

„Există o activitate uriașă în creierul în repaus, a cărui natură este în mare parte neclară”, confirmă Marcus Raichle, neurolog la Universitatea Washington din St. Louis. "Creierul este un organ extrem de scump, dar nimeni nu a studiat încă în profunzime la ce dedică resursele".

Cu toate acestea, situația se schimbă încet. Raichle și câțiva alți cercetători au început în cele din urmă să abordeze problema fundamentală a ceea ce face creierul atunci când rămâne inactiv din partea noastră. Munca lor a dus la descoperirea unui sistem mare în creier, un fel de organ din organ care a putut să rămână ascuns zeci de ani, chiar dacă nici măcar nu trebuia să arate prea mult. Unii îl numesc dinamul neuronal al visării cu ochii în afară, alții îl înzestrează cu roluri mult mai misterioase. Orice ai face, se încălzește întotdeauna când ne lăsăm creierul în pace și ne vedem la lucru, consumând mai mult oxigen decât inima care ne bate.

„Nu este foarte obișnuit să identificăm un sistem funcțional nou în creier”, subliniază Giulio Tononi, neurolog la Universitatea din Wisconsin-Madison, „Nu-mi amintesc cu adevărat câți ani în urmă s-a întâmplat ceva similar. Este ca și cum ați descoperi un continent nou astăzi. "

Cu toate acestea, descoperirea sa născut destul de încet. Experimentul lui Sokoloff, acum acum 56 de ani, a atras interesul câtorva la acea vreme. A trebuit să așteptăm până în anii ’80 înainte ca cercetătorii să-și dea seama că creierul ar putea lucra la lucruri importante în timp ce se află într-o stare aparent neutră. În acest moment a început să se răspândească o nouă tehnică de scanare a creierului, tomografia cu emisie de pozitroni (PET). Metoda implică injectarea unui trasor radioactiv, în principal molecule de glucoză, în zona care urmează să fie examinată și obținerea unei perspective asupra modificărilor metabolismului creierului prin măsurarea materialului acumulat. Una dintre cele mai simple încercări a fost scanarea creierelor gânditoare și odihnitoare și apoi compararea imaginilor obținute pentru a încerca să găsim diferitele zone ale creierului care au devenit active.

Raichle a lucrat de asemenea cu PET pentru a găsi zone ale creierului legate de cuvinte atunci când a devenit conștient de ceva special. Unele zone ale creierului păreau să funcționeze la intensitate maximă în timp ce subiectul se odihnea, dar când individului i s-a dat sarcina cuvintelor, zonele s-au calmat. Descoperirea nu a fost cu adevărat nouă și majoritatea cercetătorilor au evaluat-o ca fiind zgomot aleatoriu și astfel au soluționat problema. Cu toate acestea, Raichle și unul dintre colegii săi, Gordon Shulman, au gândit diferit. În acea perioadă, deja scrieam 1997.

Raichle și Shulman au publicat un studiu în 2001 care a atras atenția asupra unui „mod implicit” nerecunoscut anterior - un fel de solitaire interior cu care creierul se distrează atunci când nu este exploatat și îl pune deoparte atunci când face ceva de la proprietarul său. Această activitate cerebrală are loc în principal într-un set de zone care se extind longitudinal de la linia centrală a creierului, pe care cei doi cercetători au numit-o rețea de mod implicit sau DMN (rețea de mod implicit) pe scurt.

Zonele cerebrale incluse în rețea nu erau necunoscute științei, cercetătorii le studiaseră anterior, dar nu ca un întreg. Prin urmare, nu s-a recunoscut că aceste zone conversau între ele fără oprire. Cu toate acestea, când sosește o anumită sarcină axată pe atenție, aceștia se liniștesc, predând terenul, sau mai bine zis resursele, către alte zone ale creierului.

Pe lângă toate acestea, am reușit să facem o descoperire și mai șocantă. Măsurătorile activității metabolice (metabolice) din zonele creierului au arătat că părți din această rețea consumă cu 30 la sută mai multe calorii decât orice altă zonă a creierului! Acest lucru a ridicat deja întrebarea cu seriozitate - ce naiba face creierul nostru atunci când nu avem de-a face cu nimic în lume?

Raichle și Shulman au plecat de la cunoștințele pe care le dobândiseră deja despre zonele creierului implicate. Una dintre componentele principale ale DMN este partea anterioară-mijlocie a lobului frontal (cortexul medial prefrontal), care, după cunoștințele noastre, evaluează lucrurile dintr-un punct de vedere extrem de egocentric, indiferent dacă sunt bune, rele sau pur și simplu indiferente. pentru noi. Părți din zonă clipesc, de asemenea, atunci când, de exemplu, ni se cere să studiem o listă de adjective și să le selectăm pe cele potrivite pentru noi. Cei care au suferit unele leziuni în această zonă a creierului devin indiferenți și tăcuți, devin goi, nu se aventurează, nu au procese de gândire - a căror existență este complet naturală pentru noi.

Părți din DMN sunt strâns legate de hipocamp, care surprinde și amintește amintirile noastre „autobiografice”, cum ar fi micul dejun de ieri sau prima zi de școală. Pentru Raichle și colega sa de serviciu, Debra Gusnard, totul indică un singur lucru, visarea cu ochii deschiși. Prin intermediul hipocampusului, rețeaua implicită poate intra în amintirile noastre, materia primă a viselor, care poate fi apoi evaluată de cortexul prefrontal medial din propria perspectivă autoanalizantă. Potrivit lui Raichle și Gusnard, rețeaua deține un fel de „test intern” pentru creier în ceea ce privește acțiunile, alegerile și deciziile noastre viitoare.

Randy Buckner, cercetător la Universitatea Harvard, este de acord. Pentru el, dovezile pictează o imagine a unui sistem cerebral care oferă esența visării, a contemplării amintirilor din trecut și a ghici despre viitor: „Suntem foarte buni în a ne imagina și a empatiza cu diferite lumi posibile. Ar putea fi rețeaua creierului care ajută această activitate. ".

Acum avem dovezi directe care să susțină teoria. Anul trecut, Malia Mason, expert la Colegiul Dartmouth din SUA, a raportat că activitatea rețelei implicite este legată de visarea cu ochii deschiși. El a folosit imagistica prin rezonanță magnetică funcțională (fMRI), care a fost o modalitate excelentă de a monitoriza activitatea rețelei atunci când subiecții au raportat că au visat cu ochii în șir și că au decolorat zonele atunci când gândurile lor au fost sortate. Mason a reușit, de asemenea, să arate că cei cu o rețea implicită mai activă sunt mult mai volatili decât media.

Visarea cu ochii deschiși poate părea un lux mental, dar scopul său este extrem de serios. Buckner și colegul său de la Harvard, Daniel Gilbert, îl consideră instrumentul suprem pentru frământarea lecțiilor învățate în trecut în planuri de viitor. Acest exercițiu este atât de important încât creierul se ocupă de el ori de câte ori poate și îl întrerupe doar atunci când trebuie să dedice o cantitate limitată de sânge, oxigen și glucoză pentru ceva mai urgent.

Cu toate acestea, mulți cred că munca rețelei nu ar trebui să se încheie prin simpla visare. În 2003, Michael Greicius, un cercetător de la Stanford, a început să studieze rețeaua implicită într-un mod nou. Subiecților săi experimentali, care au fost plasați într-un scaner fMRI, li s-a cerut să încerce să se relaxeze și să se odihnească în timp ce el monitoriza pur și simplu ceea ce se întâmpla în creier, ceea ce teoretic era odihnit. Acest lucru a dus la descoperirea așa-numitelor fluctuații ale stării de repaus. Acestea sunt valuri lente de activitate cerebrală care coordonează zonele creierului între ele.

Undele au durat de la vârf la vârf timp de 10-20 de secunde, ceea ce este practic de o sută de ori mai lent decât undele tipice ale creierului EEG măsurate cu electrozi așezați pe scalp. Munca lui Greicius a rupt cu vechea metodă de comparare a înregistrărilor stărilor latente și stări active și a dovedit că se poate privi în rețea oricând. Așadar, oamenii de știință au privit și ei într-o rețea de oameni care nu erau conștienți de asta și au dat peste ceva complet neașteptat.

Raichle a raportat anul trecut că valurile lente ale rețelei au continuat la maimuțe sub anestezie artificială, ca și când ar fi treji. Anul acesta, Greicius a raportat un fenomen similar la persoanele sedate, în timp ce alți cercetători au descoperit că rețeaua implicită este activă și sincronizată în primele etape ale somnului. Acest lucru a rupt ipoteza că rețeaua este despre visarea cu ochii deschiși. „Am fost surprins”, a recunoscut Greicius. „A trebuit să-mi schimb ideile despre ceea ce căutam cu adevărat”.

Deoarece rețeaua implicită este activă și în primele etape ale somnului, a existat o mare tentație de a o asocia cu vise reale. Cu toate acestea, potrivit lui Raichle, scopul activității pe timp de noapte a rețelei este diferit, și anume sortarea și stocarea amintirilor. Acceptăm o mulțime de amintiri pe termen scurt în fiecare zi, dar există doar câteva dintre acestea care merită conectate la datele personale care ne guvernează viața. Potrivit lui Raichle, rețeaua stochează și actualizează selectiv amintirile noastre în funcție de importanța și relevanța lor personală. Pentru a evita acumularea de amintiri ne-stocate, rețeaua revine la activitatea sa ori de câte ori poate.

În sprijinul acestui fapt, Raichle subliniază că rețeaua discută constant cu hipocampul, pe lângă faptul că ia multă glucoză, ordine de mărime mai mult decât consumă oxigen. Potrivit lui Raichle, acest exces de glucoză nu este ars de rețea, ci este utilizat ca materie primă pentru producerea de aminoacizi și neurotransmițători (neurotransmițători) care sunt necesari pentru a construi și funcționa sinapsele. Și dacă joacă un rol atât de central, nu este de mirare că rețeaua implicită este implicată în mai multe boli cunoscute ale creierului.

În 2004, Buckner a participat la o prelegere susținută de William Klunk, profesor la Universitatea din Pittsburgh Medical School, care a ilustrat nodulii proteici patologici din creierul persoanelor cu boală Alzheimer în trei dimensiuni. Anterior, cercetătorii au examinat acești noduli într-o singură zonă a creierului la un moment dat, Klunk fiind primul care și-a proiectat locația proiectată pe întregul creier, așa că mulți s-au confruntat mai întâi cu imaginea completă. „A fost surprinzător: practic rețeaua implicită a apărut în fața noastră”, a spus Buckner.

Raichle, Greicius și Buckner au descoperit de atunci că tiparul de activitate al rețelei este rupt la persoanele cu boală Alzheimer. Cercetătorii au început, de asemenea, să monitorizeze activitatea de rețea la persoanele cu probleme ușoare de memorie pentru a vedea dacă pot prezice cine poate dezvolta Alzheimer - din păcate la jumătate dintre cei cu probleme de memorie. Este o întrebare despre care jumătate. Suntem capabili să ne folosim experiența de până acum pentru a identifica pacienții cu risc de boală Alzheimer?

Între timp, rețeaua implicită s-a dovedit a fi perturbatoare de alte boli, inclusiv depresia, tulburarea de hiperactivitate cu deficit de atenție (ADHD), autismul și schizofrenia. De asemenea, joacă un rol misterios la persoanele cu leziuni cerebrale sau accident vascular cerebral care planează la limita conștiinței de sine și a morții cerebrale, cu o conștientizare minimă de sine sau într-o stare vegetativă. Steven Laureys, neurolog la Universitatea din Liege din Belgia, a examinat activitatea DMN a pacienților săi în această afecțiune cu RMN. „Este ușor de văzut cum se descompune rețeaua pe măsură ce coma se adâncește”, a spus cercetătorul, care caută acum o legătură între activitatea rețelei și revenirea pe termen lung din comă, sperând la o valoare prognostică similară cu cea a omologilor săi americani din Alzheimer.

Nu am legat încă meditația de activitățile rețelei, deși citind liniile de mai sus, această idee a venit probabil în prim plan la mulți oameni. Meditația budistilor zen poate să oprească DMN, deoarece scopul meditației zen este de a menține mintea departe de adversități, de fluxurile de gândire, concentrând atenția asupra posturii și respirației. Doi cercetători italieni, Giuseppe Pagnoni și Reggio Emili, au încercat să afle dacă acest lucru înseamnă că practicienii meditației sunt capabili să înăbușe activitatea de rețea.?

Pentru studii, un grup de oameni familiarizați cu meditația Zen a fost rugat să se întindă sub o scanare a creierului. În timpul examinării RMN, li s-au arătat șiruri de litere aleatorii și li s-a cerut să stabilească dacă textul care se desfășura era un cuvânt englezesc sau doar un set de litere. De fiecare dată când subiectul a văzut un cuvânt existent, rețeaua lor implicită a aprins câteva secunde, demonstrând că cuvinte precum măr, strudel de măr sau scorțișoară au rătăcit prin gânduri.

Meditatorii zen au îndeplinit sarcina de recunoaștere a cuvintelor în același mod ca și cei care nu practicau meditația, dar și-au reținut gândurile rătăcitoare mult mai repede. Utilizatorii Zen au făcut acest lucru în decurs de 10 secunde, în timp ce non-meditatorii au durat de obicei 15 secunde pentru a se reorienta.