Ученые Тель-Авивского университета, под руководством профессора Яновского Ассаф школы нейробиологии, биохимии и биофизики и Sagol школы неврологии и профессор Йоси Йовель школы зоологии, Sagol школы неврологии и Штейнгардт Музей Естественной истории, провели первое в своем роде исследование, призванное исследовать связь мозга в 130 видов млекопитающих. Интригующие результаты, противоречащие широко распространенные домыслы, показали, что уровень подключения мозга одинаковы у всех млекопитающих, включая человека.
«Мы обнаружили, что связь мозг-а именно эффективность передачи информации по нейронной сети, не зависит ни от размера или структуру какого-либо конкретного мозга», — говорит профессор Асаф. «Иными словами, в мозгах всех млекопитающих, от крошечных мышей через людей на огромных быков и дельфинов, обладают равными связь, и информация распространяется с одинаковой эффективностью в них. Мы также обнаружили, что мозг сохраняет этот баланс с помощью специального механизма компенсации: когда связь между полушариями высокая, связь внутри каждого полушария является относительно низким, и наоборот».
Среди участников были исследователи из Ветеринарного института Kimron в Бейт-Дагане, школа информатики в Тау и в Технионе на факультете медицины. Статья была опубликована в природе Неврология на 8 июня.
«Подключения мозга является центральной особенностью, влияет на функционирование мозга», — объясняет профессор Асаф. «Многие ученые предполагали, что связи в человеческом мозге значительно выше по сравнению с другими животными, в качестве возможного объяснения для высшего функционирования человеческого животного». С другой стороны, по данным проф. Йовель, «мы знаем, что ключевые характеристики сохраняются на протяжении всего эволюционного процесса. Так, например, все млекопитающие имеют четыре конечности. В этом проекте мы хотели изучить возможность подключения мозга может стать одним из ключевых элементов такого рода, чтобы поддерживать у всех млекопитающих, независимо от их размера или структуры мозга. С этой целью мы использовали передовые научные инструменты».
Проект начался с развитой диффузионной МРТ мозга около 130 млекопитающих, каждый из которых представляет различные виды. (Все мозги были сняты с мертвых животных, и ни одно животное не было умерщвлено для целей настоящего исследования.) Мозги, полученные от ветеринарного института Kimron, представлен очень широкий спектр млекопитающих-от крошечных летучих мышей весом от 10 грамм до дельфинов, вес которых может достигать сотен килограммов. Поскольку мозги около 100 настоящих млекопитающих никогда не было МРТ-по этой и прежде, проект вызвал роман и уникальная база данных по всему миру. Мозги 32 живые люди также были проверены таким же образом. Уникальная технология, которая обнаруживает белого вещества в головном мозге, позволили исследователям воссоздать нейронные сети: нейроны и их аксоны (нервные волокна), через которые информация передается, и синапсах (соединениях), где они встречаются.
Следующей задачей было сравнение сканов из различных видов животных, чей мозг значительно различаются по размеру и/или структуры. Для этой цели исследователи использовали инструменты из теории сетей, математической дисциплины, которая позволила им создать и применять единый датчик проводимости мозга: количество конспектов сообщения должны пересечь, чтобы добраться из одного места в другое в нейронной сети.
«В мозгу млекопитающих состоит из двух полушарий, соединенных друг с другом посредством множества нервных волокон (аксонов), которые передают информацию,» профессор Асаф объясняет. «Для каждого мозга мы проверили, мы измерили четырех датчиков подключение: подключения в каждом полушарии (межполушарные связи), связи между двумя полушариями (межполушарной) и связности. Мы обнаружили, что общий подключения мозга остается неизменным для всех млекопитающих, большие и малые, в том числе и человека. Другими словами, информация путешествует из одного места в другое через такое же количество синапсов. Следует сказать, что разные мозги использовать различные стратегии, чтобы сохранить эту равной степени связности: некоторые проявляют устойчивую связь межполушарной и слабее связи внутри полушарий, в то время как другие демонстрируют обратное».
Профессор Йовель описывает еще одно интересное открытие. «Мы обнаружили, что различия в компенсации связи характеризуют не только разных видов, но и разных особей в пределах одного вида», — говорит он. «Другими словами, в мозге некоторых крыс, летучих мышей, или люди демонстрируют более высокие показатели межполушарной связи за счет подключения в пределах полушария, и наоборот-по сравнению с другими такого же вида. Было бы интересно предположить, как различные типы подключения мозга может повлиять на различные когнитивные функции или возможности человека, такие как спорт, музыка или математика. Такие вопросы будут решаться в наших будущих исследований».
«Наше исследование показало универсальный закон: сохранения связности мозга», профессор Асаф заключает. «Этот закон означает, что эффективность передачи информации в нейронной сети мозга одинаков у всех млекопитающих, включая человека. Мы также обнаружили некий механизм компенсации, который уравновешивает связь в каждый мозг млекопитающего. Этот механизм гарантирует, что высокая связность в определенной области мозга, возможно, проявляется какой-то особый талант (например, спорт или музыка) всегда противостоит относительно слабой связи в другой части мозга. В будущих проектах мы будем исследовать, как мозг компенсирует расширенные возможности подключения, связанные с конкретными возможностями и процессы обучения».