Dołącz do czytelników
Brak wyników

Mózg i umysł , Praktycznie

11 kwietnia 2019

Mózg jak odcisk palca

24

Badania dowodzą, że działanie mózgu ma więcej cech indywidualnych niż wspólnych dla wszystkich ludzi. Z drugiej strony naukowcy potrafią odnaleźć wzorce pracy neuronów wskazujące, że dana osoba jest np. szczególnie bystra.

Gdy myślimy o indywidualnych cechach fizycznych człowieka, bierzemy pod uwagę przede wszystkim twarz. Patrzymy na ułożenie ust, kształt nosa, kolor oczu i odległość między nimi – to one pozwalają nam odróżnić jedną osobę od innych. Kryminolodzy, chcąc wytypować konkretną osobę, używają jako niepowtarzalnych wskaźników odcisków palców czy kodu DNA.

A jak jest w tym aspekcie z ludzkim mózgiem? Czy mózgi różnią się znacząco? Czy można mówić o ich niepowtarzalności? Już od dziesięcioleci naukowcy poszukują takich wzorców ich funkcjonowania, które byłyby wspólne dla wszystkich ludzi. Okazuje się jednak, że nie jest to takie proste – aktywność neuronalna różni się u poszczególnych osób, nawet jeśli wykonują identyczne zadania.

Dlaczego tak się dzieje? Może określone obszary mózgowe u każdego człowieka są połączone w inny sposób i w efekcie inaczej współpracują?

Mózgowe duety

Dokładnie takie pytania postawił sobie zespół Emily Finn z Yale University i dr Xilin Shen z Yale School of Medicine w USA. W badaniu, którego wyniki zostały opublikowane w „Nature Neuroscience”, naukowcy posłużyli się danymi uzyskanymi w ramach Human Connectome Project, którego celem jest stworzenie mapy sieci połączeń mózgowych.

Naukowcy szczegółowo przeanalizowali skany mózgów 126 osób, wykonane za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) podczas kilku badań w ciągu dwóch dni. Dwukrotnie uczestnicy nie otrzymali żadnego konkretnego zadania – mieli po prostu pozwolić swym myślom płynąć. Taki typ badania nazywamy pomiarem aktywności spoczynkowej mózgu. Natomiast w trakcie czterech innych pomiarów badani wykonywali zadania językowe, trenowali pamięć roboczą, oceniali mimikę twarzy innych osób albo poruszali palcami stóp. Do oceny skanów naukowcy wykorzystali „mapę mózgu”, która opisuje go w sposób matematyczny jako sieć i dzieli na blisko 270 obszarów, nazywanych węzłami (patrz aplikacja obok). Analizując połączenia między nimi, opracowali indywidualne „profile” mózgowe uczestników, tj. mapy połączeń między poszczególnymi „węzłami”. Dla każdego badanego naukowcy stworzyli sześć takich profili – po jednym dla każdego pomiaru.

Profile te nie odzwierciedlają połączeń anatomicznych między obszarami mózgu, lecz łączność funkcjonalną. Innymi słowy, połączenia pokazują, w jakim stopniu aktywność różnych, nawet odległych od siebie obszarów koreluje ze sobą podczas wykonywania określonego zadania. Dla wszystkich 126 badanych naukowcy obliczyli, jak silnie sprzężone jest działanie każdej możliwej pary – tak jakby sprawdzali, czy dwaj muzycy grający razem utwór synchronizują się, czy nie. Profile pokazywały zatem nie tylko, czy połączenie istnieje, ale także, jak jest mocne.

Identyfikacja w laboratorium

Finn i Shen chciały sprawdzić, czy z uzyskanych profili uda się odczytać wyjątkowy wzór aktywności mózgu, charakterystyczny dla konkretnej osoby – mózgowy odcisk palca. W tym celu wybierały profil jednego uczestnika, opracowany na podstawie pomiarów wykonanych w stanie spoczynku, i porównywały go ze wszystkimi 126 profilami stworzonymi na podstawie pomiarów wykonanych na przykład podczas zadania motorycznego. Następnie komputer obliczał, który ze 126 profili jest najbardziej podobny do tego wytypowanego do porównań.

Na podstawie wszystkich uzyskanych danych w kolejnym kroku spróbowano identyfikować kolejnych badanych. Trafność wskazań wahała się między 54 a 87 procent, w zależności od tego, które pary zadań brano pod uwagę. Okazało się, że typowanie wypadało najlepiej, gdy porównywano profile z dwóch sesji pomiaru aktywności spoczynkowej – w tym wypadku udało się poprawnie zidentyfikować aż 110 spośród 126 osób. Trafność wzrastała jednak aż do 99 procent, gdy naukowcy wykorzystywali częściowe profile, tzn. obejmujące tylko węzły najmocniej ze sobą powiązane. Najlepsze rezultaty przyniosło porównanie dwóch takich profili – obejmujących różne obszary w płatach czołowych, skroniowych i ciemieniowych, odpowiadające za procesy uwagi, pamięci i językowe (sieci 1 i 2, zbiorczo określane przez autorów sieciami czołowo-ciemieniowymi; zob. „Sieci w głowie”).

Uzyskane wyniki zgadzają się z dotychczasową wiedzą. Nieco wcześniej zespół badaczy pod kierunkiem Sophii Müller z Ludwig-Maximilians-Universität München wskazywał, że wspomniane sieci czołowo-ciemieniowe wykazują różnice indywidualne w zakresie łączności funkcjonalnej i sugerował, że takie zróżnicowanie może mieć korzenie ewolucyjne. Znajduje ono odzwierciedlenie w rozwoju człowieka – obszary te dojrzewają u człowieka najdłużej i najdłużej podlegają wpływom środowiskowym.

Wyjątkowy profil

Zespół Finn i Shen odkrył również, że na podstawie takiego neuronalnego „odcisku palca” można określić zdolności poznawcze osoby, a nawet poziom tzw. inteligencji płynnej (patrz słowniczek). Badacze znali ilorazy inteligencji uczestników, ponieważ badanie testem mierzącym inteligencję płynną było standardowym elementem protokołu HCP. Ponownie przeanalizowali zatem wszystkie informacje dotyczące łączności mózgowej, z wyjątkiem tych, które dotyczyły badanego ocenianego w danym momencie. Następnie zidentyfikowali te połączenia, które statystycznie najsilniej wiązały się z inteligencją płynną, i stworzyli model reprezentujący związek pomiędzy siłą tych połączeń oraz wartością ilorazu inteligencji. Na podstawie tego modelu próbowali następnie przewidzieć poziom inteligencji danego uczestnika (uprzednio wyłączonego z analizy). Te kroki analizy zostały powtórzone dla wszystkich 126 osób. Choć u części z nich wynik został zawyżony, a u innych zaniżony o kilka punktów, to jednak okazało się, że generalnie szacunki były zbliżone do faktycznych ilorazów. Oznacza to, że na podstawie funkcjonalnych profili mózgowych można dość dobrze przewidywać poziom inteligencji płynnej.

...

Ten artykuł dostępny jest tylko dla Prenumeratorów.

Sprawdź, co zyskasz, kupując prenumeratę.

Zobacz więcej

Przypisy