Hình ảnh não giúp lập bản đồ theo cách chúng ta nghĩ
Bộ não con người là một cơ quan vô cùng phức tạp với nhiều bí mật. Để nâng cao hiểu biết về cách bộ não tạo ra và kiểm soát suy nghĩ, các nhà nghiên cứu đã chuyển đổi hệ thống hình ảnh cấu trúc não thành "sơ đồ dây" về các kết nối giữa các vùng não.
Ba nhà nghiên cứu từ Đại học California Santa Barbara Khoa Khoa học Tâm lý & Não bộ (UCSB) - Michael Miller, Scott Grafton và Matt Cieslak - đã sử dụng cấu trúc của mạng lưới thần kinh để tìm hiểu các quy tắc cơ bản chi phối phần nào của não có khả năng kiểm soát nhận thức đối với suy nghĩ và hành động.
Nghiên cứu này là nghiên cứu đầu tiên đưa ra lời giải thích cơ học về cách vỏ não trước kiểm soát hàng nghìn tỷ tế bào thần kinh riêng lẻ cho phép mọi người tập trung vào một nhiệm vụ hoặc chuyển sang một nhiệm vụ hoàn toàn khác.
Các phát hiện xuất hiện trong tạp chí Nature Communications.
Miller, một giáo sư tâm lý học của UCSB và đồng tác giả của bài báo cho biết: “Các vùng đặc biệt trong não của bạn có xu hướng kiểm soát suy nghĩ của bạn dựa trên vị trí của chúng trong mối quan hệ với các vùng khác”.
“Các khu vực ở vùng ngoại ô có thể thực hiện một loại kiểm soát rất cụ thể. Họ có thể chuyển hệ thống đến các trạng thái xa xôi, như chuyển từ làm việc tại công việc của bạn sang chơi với con bạn ”.
Nghiên cứu mới này kết hợp khoa học thần kinh tiên tiến với lĩnh vực khoa học mạng mới nổi, thường được sử dụng để nghiên cứu các hệ thống xã hội.
Bằng cách áp dụng lý thuyết điều khiển - một lĩnh vực truyền thống được sử dụng để nghiên cứu các hệ thống điện và cơ học - các nhà nghiên cứu cho thấy rằng việc ở vùng ngoại vi của não là cần thiết để vỏ não trước điều khiển động hướng suy nghĩ và hành vi hướng đến mục tiêu.
“Chúng ta cần một lý thuyết cơ bản về cách bộ não tự điều khiển và để đạt được điều đó, chúng tôi khuyên bạn nên coi bộ não như một hệ thống kỹ thuật”, tác giả cao cấp Danielle Bassett, Trợ lý Giáo sư về Đổi mới tại Trường Kỹ thuật và Ứng dụng Đại học Pennsylvania cho biết Khoa học.
“Kiểm soát nhận thức rất giống kiểm soát kỹ thuật: Bạn lập mô hình động lực học của hệ thống bằng cách xác định các điểm chính; nếu tôi ấn vào một mảnh đó hoặc kéo cần gạt này, tôi có thể đưa ra dự đoán về cách nó sẽ ảnh hưởng đến các phần khác của mạng. "
Bằng cách áp dụng các phương trình lý thuyết điều khiển vào sơ đồ hệ thống dây điện được tạo ra từ các bản quét não, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự khác biệt về địa lý và chức năng giữa các vùng của não có mối liên hệ với nhau.
Mặc dù phân tích không thể cho biết liệu vị trí hoặc vai trò của nó có phát triển trước hay không, nhưng nó cho thấy rằng một phần khả năng kiểm soát chức năng điều hành của vỏ não trước phụ thuộc vào khoảng cách của nó với các phần khác của mạng não.
“Nghiên cứu này báo trước một làn sóng khoa học mạng mới, dựa trên lý thuyết kiểm soát chặt chẽ,” đồng tác giả Grafton, giám đốc Trung tâm Hình ảnh Não của UCSB cho biết.
“Khi áp dụng cho dữ liệu hình ảnh não bộ hiện đại, chúng ta bắt đầu thấy một số sự đánh đổi thiết kế vốn có trong kiến trúc của các kết nối não bộ.”
Các khu vực được kết nối với nhau nhiều nhất - và do đó nội bộ hơn với mạng - rất tốt trong việc chuyển bộ não sang các trạng thái lân cận - ví dụ, từ viết email cho ai đó đến nói chuyện với người đó qua điện thoại.
Bassett cho biết: “Điều đặc biệt thú vị nếu chúng ta xem xét vị trí của các nút bên trong đó, tất cả chúng đều ở vùng‘ chế độ mặc định ’, là những vùng hoạt động khi bạn nghỉ ngơi”. “Điều này có ý nghĩa, bởi vì nếu bạn đang thiết kế một hệ thống tối ưu, bạn sẽ muốn đặt đường cơ sở của nó ở nơi nó có thể đi đến hầu hết những nơi nó phải đi một cách khá dễ dàng.”
Theo đồng tác giả Cieslak, kiểu hiểu biết tổng thể này về mối quan hệ giữa các vị trí của các vùng não và vai trò của chúng là cần thiết để điều chỉnh các phương pháp điều trị tốt hơn cho những người bị mất chức năng điều hành do bệnh tật hoặc chấn thương.
Cieslak tin rằng sự hiểu biết cơ bản này về cách bộ não kiểm soát hoạt động của nó có thể giúp dẫn đến các biện pháp can thiệp tốt hơn đối với các tình trạng y tế liên quan đến việc giảm kiểm soát nhận thức, chẳng hạn như tự kỷ, tâm thần phân liệt hoặc sa sút trí tuệ.
Nguồn: Đại học California, Santa Barbara / EurekAlert
